Initial Commit
[packages] / xemacs-packages / calc / calc.texinfo
1 \input texinfo                  @c -*-texinfo-*-
2 @comment %**start of header (This is for running Texinfo on a region.)
3 @c smallbook
4 @setfilename calc.info
5 @c [title]
6 @settitle GNU Emacs Calc 2.02 Manual
7 @comment %**end of header (This is for running Texinfo on a region.)
8 @setchapternewpage odd
9
10 @tex
11 % Some special kludges to make TeX formatting prettier.
12 % Because makeinfo.c exists, we can't just define new commands.
13 % So instead, we take over little-used existing commands.
14 %
15 % Redefine @cite{text} to act like $text$ in regular TeX.
16 % Info will typeset this same as @samp{text}.
17 \gdef\goodtex{\tex \let\rm\goodrm \let\t\ttfont \turnoffactive}
18 \gdef\goodrm{\fam0\tenrm}
19 \gdef\cite{\goodtex$\citexxx}
20 \gdef\citexxx#1{#1$\Etex}
21 \global\let\oldxrefX=\xrefX
22 \gdef\xrefX[#1]{\begingroup\let\cite=\dfn\oldxrefX[#1]\endgroup}
23 %
24 % Redefine @i{text} to be equivalent to @cite{text}, i.e., to use math mode.
25 % This looks the same in TeX but omits the surrounding ` ' in Info.
26 \global\let\i=\cite
27 %
28 % Redefine @c{tex-stuff} \n @whatever{info-stuff}.
29 \gdef\c{\futurelet\next\mycxxx}
30 \gdef\mycxxx{%
31   \ifx\next\bgroup \goodtex\let\next\mycxxy
32   \else\ifx\next\mindex \let\next\relax
33   \else\ifx\next\kindex \let\next\relax
34   \else\ifx\next\starindex \let\next\relax \else \let\next\comment
35   \fi\fi\fi\fi \next
36 }
37 \gdef\mycxxy#1#2{#1\Etex\mycxxz}
38 \gdef\mycxxz#1{}
39 @end tex
40
41 @c Fix some things to make math mode work properly.
42 @iftex
43 @textfont0=@tenrm
44 @font@teni=cmmi10 scaled @magstephalf   @textfont1=@teni
45 @font@seveni=cmmi7 scaled @magstephalf  @scriptfont1=@seveni
46 @font@fivei=cmmi5 scaled @magstephalf   @scriptscriptfont1=@fivei
47 @font@tensy=cmsy10 scaled @magstephalf  @textfont2=@tensy
48 @font@sevensy=cmsy7 scaled @magstephalf @scriptfont2=@sevensy
49 @font@fivesy=cmsy5 scaled @magstephalf  @scriptscriptfont2=@fivesy
50 @font@tenex=cmex10 scaled @magstephalf  @textfont3=@tenex
51 @scriptfont3=@tenex  @scriptscriptfont3=@tenex
52 @textfont7=@tentt  @scriptfont7=@tentt  @scriptscriptfont7=@tentt
53 @end iftex
54
55 @c Fix some other things specifically for this manual.
56 @iftex
57 @finalout
58 @mathcode`@:=`@:  @c Make Calc fractions come out right in math mode
59 @tocindent=.5pc   @c Indent subsections in table of contents less
60 @rightskip=0pt plus 2pt  @c Favor short lines rather than overfull hboxes
61 @tex
62 \gdef\coloneq{\mathrel{\mathord:\mathord=}}
63 \ifdim\parskip>17pt
64   \global\parskip=12pt   % Standard parskip looks a bit too large
65 \fi
66 \gdef\internalBitem{\parskip=7pt\kyhpos=\tableindent\kyvpos=0pt
67 \smallbreak\parsearg\itemzzy}
68 \gdef\itemzzy#1{\itemzzz{#1}\relax\ifvmode\kern-7pt\fi}
69 \gdef\trademark{${}^{\rm TM}$}
70 \gdef\group{%
71   \par\vskip8pt\begingroup
72   \def\Egroup{\egroup\endgroup}%
73   \let\aboveenvbreak=\relax  % so that nothing gets between vtop and first box
74   \def\singlespace{\baselineskip=\singlespaceskip}%
75   \vtop\bgroup
76 }
77 %
78 %\global\abovedisplayskip=0pt
79 %\global\abovedisplayshortskip=-10pt
80 %\global\belowdisplayskip=7pt
81 %\global\belowdisplayshortskip=2pt
82 \gdef\beforedisplay{\vskip-10pt}
83 \gdef\afterdisplay{\vskip-5pt}
84 \gdef\beforedisplayh{\vskip-25pt}
85 \gdef\afterdisplayh{\vskip-10pt}
86 %
87 \gdef\printindex{\parsearg\calcprintindex}
88 \gdef\calcprintindex#1{%
89   \doprintindex{#1}%
90   \openin1 \jobname.#1s
91   \ifeof1{\let\s=\indexskip \csname indexsize#1\endcsname}\fi
92   \closein1
93 }
94 \gdef\indexskip{(This page intentionally left blank)\vfill\eject}
95 \gdef\indexsizeky{\s\s\s\s\s\s\s\s}
96 \gdef\indexsizepg{\s\s\s\s\s\s}
97 \gdef\indexsizetp{\s\s\s\s\s\s}
98 \gdef\indexsizecp{\s\s\s\s}
99 \gdef\indexsizevr{}
100 \gdef\indexsizefn{\s\s}
101 \gdef\langle#1\rangle{\it XXX}   % Avoid length mismatch with true expansion
102 %
103 % Ensure no indentation at beginning of sections, and avoid club paragraphs.
104 \global\let\calcchapternofonts=\chapternofonts
105 \gdef\chapternofonts{\aftergroup\calcfixclub\calcchapternofonts}
106 \gdef\calcfixclub{\calcclubpenalty=10000\noindent}
107 \global\let\calcdobreak=\dobreak
108 \gdef\dobreak{{\penalty-9999\dimen0=\pagetotal\advance\dimen0by1.5in
109 \ifdim\dimen0>\pagegoal\vfill\eject\fi}\calcdobreak}
110 %
111 \gdef\kindex{\def\indexname{ky}\futurelet\next\calcindexer}
112 \gdef\tindex{\def\indexname{tp}\futurelet\next\calcindexer}
113 \gdef\mindex{\let\indexname\relax\futurelet\next\calcindexer}
114 \gdef\calcindexer{\catcode`\ =\active\parsearg\calcindexerxx}
115 \gdef\calcindexerxx#1{%
116   \catcode`\ =10%
117   \ifvmode \indent \fi \setbox0=\lastbox \advance\kyhpos\wd0 \fixoddpages \box0
118   \setbox0=\hbox{\ninett #1}%
119   \calcindexersh{\llap{\hbox to 4em{\bumpoddpages\lower\kyvpos\box0\hss}\hskip\kyhpos}}%
120   \global\let\calcindexersh=\calcindexershow
121   \advance\clubpenalty by 5000%
122   \ifx\indexname\relax \else
123     \singlecodeindexer{#1\indexstar}%
124     \global\def\indexstar{}%
125   \fi
126   \futurelet\next\calcindexerxxx
127 }
128 \gdef\indexstar{}
129 \gdef\bumpoddpages{\ifodd\calcpageno\hskip7.3in\fi}
130 %\gdef\bumpoddpages{\hskip7.3in}   % for marginal notes on right side always
131 %\gdef\bumpoddpages{}              % for marginal notes on left side always
132 \gdef\fixoddpages{%
133 \global\calcpageno=\pageno
134 {\dimen0=\pagetotal
135 \advance\dimen0 by2\baselineskip
136 \ifdim\dimen0>\pagegoal
137 \global\advance\calcpageno by 1
138 \vfill\eject\noindent
139 \fi}%
140 }
141 \gdef\calcindexershow#1{\smash{#1}\advance\kyvpos by 11pt}
142 \gdef\calcindexernoshow#1{}
143 \global\let\calcindexersh=\calcindexershow
144 \gdef\calcindexerxxx{%
145   \ifx\indexname\relax
146     \ifx\next\kindex \global\let\calcindexersh=\calcindexernoshow \fi
147     \ifx\next\tindex \global\let\calcindexersh=\calcindexernoshow \fi
148   \fi
149   \calcindexerxxxx
150 }
151 \gdef\calcindexerxxxx#1{\next}
152 \gdef\indexstarxx{\thinspace{\rm *}}
153 \gdef\starindex{\global\let\indexstar=\indexstarxx}
154 \gdef\calceverypar{%
155 \kyhpos=\leftskip\kyvpos=0pt\clubpenalty=\calcclubpenalty
156 \calcclubpenalty=1000\relax
157 }
158 \gdef\idots{{\indrm...}}
159 @end tex
160 @newdimen@kyvpos @kyvpos=0pt
161 @newdimen@kyhpos @kyhpos=0pt
162 @newcount@calcclubpenalty @calcclubpenalty=1000
163 @newcount@calcpageno
164 @newtoks@calcoldeverypar @calcoldeverypar=@everypar
165 @everypar={@calceverypar@the@calcoldeverypar}
166 @ifx@turnoffactive@undefinedzzz@def@turnoffactive{}@fi
167 @ifx@ninett@undefinedzzz@font@ninett=cmtt9@fi
168 @catcode`@\=0 \catcode`\@=11
169 \r@ggedbottomtrue
170 \catcode`\@=0 @catcode`@\=@active
171 @end iftex
172
173 @ifinfo
174 @direntry
175 * Calc: (calc).               Scientific, financial, and symbolic calculator
176                               for Emacs
177 @end direntry
178
179 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator.
180
181 Copyright (C) 1990, 1991 Free Software Foundation, Inc.
182
183 Permission is granted to make and distribute verbatim copies of this
184 manual provided the copyright notice and this permission notice are
185 preserved on all copies.
186
187 @ignore
188 Permission is granted to process this file through TeX and print the
189 results, provided the printed document carries copying permission notice
190 identical to this one except for the removal of this paragraph (this
191 paragraph not being relevant to the printed manual).
192
193 @end ignore
194 Permission is granted to copy and distribute modified versions of this
195 manual under the conditions for verbatim copying, provided also that the
196 section entitled ``GNU General Public License'' is included exactly as
197 in the original, and provided that the entire resulting derived work is
198 distributed under the terms of a permission notice identical to this one.
199
200 Permission is granted to copy and distribute translations of this manual
201 into another language, under the above conditions for modified versions,
202 except that the section entitled ``GNU General Public License'' may be
203 included in a translation approved by the author instead of in the
204 original English.
205 @end ifinfo
206
207 @titlepage
208 @sp 6
209 @center @titlefont{Calc Manual}
210 @sp 4
211 @center GNU Emacs Calc Version 2.02
212 @c [volume]
213 @sp 1
214 @center January 1992
215 @sp 5
216 @center Dave Gillespie
217 @center daveg@@synaptics.com
218 @page
219
220 @vskip 0pt plus 1filll
221 Copyright @copyright{} 1990, 1991 Free Software Foundation, Inc.
222
223 Permission is granted to make and distribute verbatim copies of
224 this manual provided the copyright notice and this permission notice
225 are preserved on all copies.
226
227 @ignore
228 Permission is granted to process this file through TeX and print the
229 results, provided the printed document carries copying permission notice
230 identical to this one except for the removal of this paragraph (this
231 paragraph not being relevant to the printed manual).
232
233 @end ignore
234 Permission is granted to copy and distribute modified versions of this
235 manual under the conditions for verbatim copying, provided also that the
236 section entitled ``GNU General Public License'' is included exactly as
237 in the original, and provided that the entire resulting derived work is
238 distributed under the terms of a permission notice identical to this one.
239
240 Permission is granted to copy and distribute translations of this manual
241 into another language, under the above conditions for modified versions,
242 except that the section entitled ``GNU General Public License'' may be
243 included in a translation approved by the author instead of in the
244 original English.
245 @end titlepage
246
247 @c [begin]
248 @ifnottex
249 @node Top, Copying,, (dir)
250 @chapter The GNU Emacs Calculator
251
252 @noindent
253 @dfn{Calc 2.02} is an advanced desk calculator and mathematical tool
254 that runs as part of the GNU Emacs environment.
255
256 This manual is divided into three major parts: "Getting Started," the
257 "Calc Tutorial," and the "Calc Reference."  The Tutorial introduces all
258 the major aspects of Calculator use in an easy, hands-on way.  The
259 remainder of the manual is a complete reference to the features of the
260 Calculator.
261
262 For help in the Emacs Info system (which you are using to read this
263 file), type @kbd{?}.  (You can also type @kbd{h} to run through a
264 longer Info tutorial.)
265
266 @end ifnottex
267 @menu
268 * Copying::               How you can copy and share Calc.
269
270 * Getting Started::       General description and overview.
271 @ifinfo
272 * Interactive Tutorial::  Same as tutorial.
273 @end ifinfo
274 * Tutorial::              A step-by-step introduction for beginners.
275
276 * Introduction::          Introduction to the Calc reference manual.
277 * Data Types::            Types of objects manipulated by Calc.
278 * Stack and Trail::       Manipulating the stack and trail buffers.
279 * Mode Settings::         Adjusting display format and other modes.
280 * Arithmetic::            Basic arithmetic functions.
281 * Scientific Functions::  Transcendentals and other scientific functions.
282 * Matrix Functions::      Operations on vectors and matrices.
283 * Algebra::               Manipulating expressions algebraically.
284 * Units::                 Operations on numbers with units.
285 * Store and Recall::      Storing and recalling variables.
286 * Graphics::              Commands for making graphs of data.
287 * Kill and Yank::         Moving data into and out of Calc.
288 * Embedded Mode::         Working with formulas embedded in a file.
289 * Programming::           Calc as a programmable calculator.
290
291 * Installation::          Installing Calc as a part of GNU Emacs.
292 * Reporting Bugs::        How to report bugs and make suggestions.
293
294 * Summary::               Summary of Calc commands and functions.
295
296 * Key Index::             The standard Calc key sequences.
297 * Command Index::         The interactive Calc commands.
298 * Function Index::        Functions (in algebraic formulas).
299 * Concept Index::         General concepts.
300 * Variable Index::        Variables used by Calc (both user and internal).
301 * Lisp Function Index::   Internal Lisp math functions.
302 @end menu
303
304 @node Copying, Getting Started, Top, Top
305 @unnumbered GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
306 @center Version 1, February 1989
307
308 @display
309 Copyright @copyright{} 1989 Free Software Foundation, Inc.
310 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA
311
312 Everyone is permitted to copy and distribute verbatim copies
313 of this license document, but changing it is not allowed.
314 @end display
315
316 @unnumberedsec Preamble
317
318   The license agreements of most software companies try to keep users
319 at the mercy of those companies.  By contrast, our General Public
320 License is intended to guarantee your freedom to share and change free
321 software---to make sure the software is free for all its users.  The
322 General Public License applies to the Free Software Foundation's
323 software and to any other program whose authors commit to using it.
324 You can use it for your programs, too.
325
326   When we speak of free software, we are referring to freedom, not
327 price.  Specifically, the General Public License is designed to make
328 sure that you have the freedom to give away or sell copies of free
329 software, that you receive source code or can get it if you want it,
330 that you can change the software or use pieces of it in new free
331 programs; and that you know you can do these things.
332
333   To protect your rights, we need to make restrictions that forbid
334 anyone to deny you these rights or to ask you to surrender the rights.
335 These restrictions translate to certain responsibilities for you if you
336 distribute copies of the software, or if you modify it.
337
338   For example, if you distribute copies of a such a program, whether
339 gratis or for a fee, you must give the recipients all the rights that
340 you have.  You must make sure that they, too, receive or can get the
341 source code.  And you must tell them their rights.
342
343   We protect your rights with two steps: (1) copyright the software, and
344 (2) offer you this license which gives you legal permission to copy,
345 distribute and/or modify the software.
346
347   Also, for each author's protection and ours, we want to make certain
348 that everyone understands that there is no warranty for this free
349 software.  If the software is modified by someone else and passed on, we
350 want its recipients to know that what they have is not the original, so
351 that any problems introduced by others will not reflect on the original
352 authors' reputations.
353
354   The precise terms and conditions for copying, distribution and
355 modification follow.
356
357 @iftex
358 @unnumberedsec TERMS AND CONDITIONS
359 @end iftex
360 @ifnottex
361 @center TERMS AND CONDITIONS
362 @end ifnottex
363
364 @enumerate
365 @item
366 This License Agreement applies to any program or other work which
367 contains a notice placed by the copyright holder saying it may be
368 distributed under the terms of this General Public License.  The
369 ``Program'', below, refers to any such program or work, and a ``work based
370 on the Program'' means either the Program or any work containing the
371 Program or a portion of it, either verbatim or with modifications.  Each
372 licensee is addressed as ``you''.
373
374 @item
375 You may copy and distribute verbatim copies of the Program's source
376 code as you receive it, in any medium, provided that you conspicuously and
377 appropriately publish on each copy an appropriate copyright notice and
378 disclaimer of warranty; keep intact all the notices that refer to this
379 General Public License and to the absence of any warranty; and give any
380 other recipients of the Program a copy of this General Public License
381 along with the Program.  You may charge a fee for the physical act of
382 transferring a copy.
383
384 @item
385 You may modify your copy or copies of the Program or any portion of
386 it, and copy and distribute such modifications under the terms of Paragraph
387 1 above, provided that you also do the following:
388
389 @itemize @bullet
390 @item
391 cause the modified files to carry prominent notices stating that
392 you changed the files and the date of any change; and
393
394 @item
395 cause the whole of any work that you distribute or publish, that
396 in whole or in part contains the Program or any part thereof, either
397 with or without modifications, to be licensed at no charge to all
398 third parties under the terms of this General Public License (except
399 that you may choose to grant warranty protection to some or all
400 third parties, at your option).
401
402 @item
403 If the modified program normally reads commands interactively when
404 run, you must cause it, when started running for such interactive use
405 in the simplest and most usual way, to print or display an
406 announcement including an appropriate copyright notice and a notice
407 that there is no warranty (or else, saying that you provide a
408 warranty) and that users may redistribute the program under these
409 conditions, and telling the user how to view a copy of this General
410 Public License.
411
412 @item
413 You may charge a fee for the physical act of transferring a
414 copy, and you may at your option offer warranty protection in
415 exchange for a fee.
416 @end itemize
417
418 Mere aggregation of another independent work with the Program (or its
419 derivative) on a volume of a storage or distribution medium does not bring
420 the other work under the scope of these terms.
421
422 @item
423 You may copy and distribute the Program (or a portion or derivative of
424 it, under Paragraph 2) in object code or executable form under the terms of
425 Paragraphs 1 and 2 above provided that you also do one of the following:
426
427 @itemize @bullet
428 @item
429 accompany it with the complete corresponding machine-readable
430 source code, which must be distributed under the terms of
431 Paragraphs 1 and 2 above; or,
432
433 @item
434 accompany it with a written offer, valid for at least three
435 years, to give any third party free (except for a nominal charge
436 for the cost of distribution) a complete machine-readable copy of the
437 corresponding source code, to be distributed under the terms of
438 Paragraphs 1 and 2 above; or,
439
440 @item
441 accompany it with the information you received as to where the
442 corresponding source code may be obtained.  (This alternative is
443 allowed only for noncommercial distribution and only if you
444 received the program in object code or executable form alone.)
445 @end itemize
446
447 Source code for a work means the preferred form of the work for making
448 modifications to it.  For an executable file, complete source code means
449 all the source code for all modules it contains; but, as a special
450 exception, it need not include source code for modules which are standard
451 libraries that accompany the operating system on which the executable
452 file runs, or for standard header files or definitions files that
453 accompany that operating system.
454
455 @item
456 You may not copy, modify, sublicense, distribute or transfer the
457 Program except as expressly provided under this General Public License.
458 Any attempt otherwise to copy, modify, sublicense, distribute or transfer
459 the Program is void, and will automatically terminate your rights to use
460 the Program under this License.  However, parties who have received
461 copies, or rights to use copies, from you under this General Public
462 License will not have their licenses terminated so long as such parties
463 remain in full compliance.
464
465 @item
466 By copying, distributing or modifying the Program (or any work based
467 on the Program) you indicate your acceptance of this license to do so,
468 and all its terms and conditions.
469
470 @item
471 Each time you redistribute the Program (or any work based on the
472 Program), the recipient automatically receives a license from the original
473 licensor to copy, distribute or modify the Program subject to these
474 terms and conditions.  You may not impose any further restrictions on the
475 recipients' exercise of the rights granted herein.
476
477 @item
478 The Free Software Foundation may publish revised and/or new versions
479 of the General Public License from time to time.  Such new versions will
480 be similar in spirit to the present version, but may differ in detail to
481 address new problems or concerns.
482
483 Each version is given a distinguishing version number.  If the Program
484 specifies a version number of the license which applies to it and ``any
485 later version'', you have the option of following the terms and conditions
486 either of that version or of any later version published by the Free
487 Software Foundation.  If the Program does not specify a version number of
488 the license, you may choose any version ever published by the Free Software
489 Foundation.
490
491 @item
492 If you wish to incorporate parts of the Program into other free
493 programs whose distribution conditions are different, write to the author
494 to ask for permission.  For software which is copyrighted by the Free
495 Software Foundation, write to the Free Software Foundation; we sometimes
496 make exceptions for this.  Our decision will be guided by the two goals
497 of preserving the free status of all derivatives of our free software and
498 of promoting the sharing and reuse of software generally.
499
500 @iftex
501 @heading NO WARRANTY
502 @end iftex
503 @ifnottex
504 @center NO WARRANTY
505 @end ifnottex
506
507 @item
508 BECAUSE THE PROGRAM IS LICENSED FREE OF CHARGE, THERE IS NO WARRANTY
509 FOR THE PROGRAM, TO THE EXTENT PERMITTED BY APPLICABLE LAW.  EXCEPT WHEN
510 OTHERWISE STATED IN WRITING THE COPYRIGHT HOLDERS AND/OR OTHER PARTIES
511 PROVIDE THE PROGRAM ``AS IS'' WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EITHER EXPRESSED
512 OR IMPLIED, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
513 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  THE ENTIRE RISK AS
514 TO THE QUALITY AND PERFORMANCE OF THE PROGRAM IS WITH YOU.  SHOULD THE
515 PROGRAM PROVE DEFECTIVE, YOU ASSUME THE COST OF ALL NECESSARY SERVICING,
516 REPAIR OR CORRECTION.
517
518 @item
519 IN NO EVENT UNLESS REQUIRED BY APPLICABLE LAW OR AGREED TO IN WRITING WILL
520 ANY COPYRIGHT HOLDER, OR ANY OTHER PARTY WHO MAY MODIFY AND/OR
521 REDISTRIBUTE THE PROGRAM AS PERMITTED ABOVE, BE LIABLE TO YOU FOR DAMAGES,
522 INCLUDING ANY GENERAL, SPECIAL, INCIDENTAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES
523 ARISING OUT OF THE USE OR INABILITY TO USE THE PROGRAM (INCLUDING BUT NOT
524 LIMITED TO LOSS OF DATA OR DATA BEING RENDERED INACCURATE OR LOSSES
525 SUSTAINED BY YOU OR THIRD PARTIES OR A FAILURE OF THE PROGRAM TO OPERATE
526 WITH ANY OTHER PROGRAMS), EVEN IF SUCH HOLDER OR OTHER PARTY HAS BEEN
527 ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES.
528 @end enumerate
529
530 @node Getting Started, Tutorial, Copying, Top
531 @chapter Getting Started
532
533 @noindent
534 This chapter provides a general overview of Calc, the GNU Emacs
535 Calculator:  What it is, how to start it and how to exit from it,
536 and what are the various ways that it can be used.
537
538 @menu
539 * What is Calc::
540 * About This Manual::
541 * Notations Used in This Manual::
542 * Using Calc::
543 * Demonstration of Calc::
544 * History and Acknowledgements::
545 @end menu
546
547 @node What is Calc, About This Manual, Getting Started, Getting Started
548 @section What is Calc?
549
550 @noindent
551 @dfn{Calc} is an advanced calculator and mathematical tool that runs as
552 part of the GNU Emacs environment.  Very roughly based on the HP-28/48
553 series of calculators, its many features include:
554
555 @itemize @bullet
556 @item
557 Choice of algebraic or RPN (stack-based) entry of calculations.
558
559 @item
560 Arbitrary precision integers and floating-point numbers.
561
562 @item
563 Arithmetic on rational numbers, complex numbers (rectangular and polar),
564 error forms with standard deviations, open and closed intervals, vectors
565 and matrices, dates and times, infinities, sets, quantities with units,
566 and algebraic formulas.
567
568 @item
569 Mathematical operations such as logarithms and trigonometric functions.
570
571 @item
572 Programmer's features (bitwise operations, non-decimal numbers).
573
574 @item
575 Financial functions such as future value and internal rate of return.
576
577 @item
578 Number theoretical features such as prime factorization and arithmetic
579 modulo @i{M} for any @i{M}.
580
581 @item
582 Algebraic manipulation features, including symbolic calculus.
583
584 @item
585 Moving data to and from regular editing buffers.
586
587 @item
588 ``Embedded mode'' for manipulating Calc formulas and data directly
589 inside any editing buffer.
590
591 @item
592 Graphics using GNUPLOT, a versatile (and free) plotting program.
593
594 @item
595 Easy programming using keyboard macros, algebraic formulas,
596 algebraic rewrite rules, or extended Emacs Lisp.
597 @end itemize
598
599 Calc tries to include a little something for everyone; as a result it is
600 large and might be intimidating to the first-time user.  If you plan to
601 use Calc only as a traditional desk calculator, all you really need to
602 read is the ``Getting Started'' chapter of this manual and possibly the
603 first few sections of the tutorial.  As you become more comfortable with
604 the program you can learn its additional features.  In terms of efficiency,
605 scope and depth, Calc cannot replace a powerful tool like Mathematica.
606 @c Removed this per RMS' request:
607 @c Mathematica@c{\trademark} @asis{ (tm)}.
608 But Calc has the advantages of convenience, portability, and availability
609 of the source code.  And, of course, it's free!
610
611 @node About This Manual, Notations Used in This Manual, What is Calc, Getting Started
612 @section About This Manual
613
614 @noindent
615 This document serves as a complete description of the GNU Emacs
616 Calculator.  It works both as an introduction for novices, and as
617 a reference for experienced users.  While it helps to have some
618 experience with GNU Emacs in order to get the most out of Calc,
619 this manual ought to be readable even if you don't know or use Emacs
620 regularly.
621
622 @ifnottex
623 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
624 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
625 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
626 @end ifnottex
627 @iftex
628 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
629 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
630 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
631 @c [when-split]
632 @c This manual has been printed in two volumes, the @dfn{Tutorial} and the
633 @c @dfn{Reference}.  Both volumes include a copy of the ``Getting Started''
634 @c chapter.
635 @end iftex
636
637 If you are in a hurry to use Calc, there is a brief ``demonstration''
638 below which illustrates the major features of Calc in just a couple of
639 pages.  If you don't have time to go through the full tutorial, this
640 will show you everything you need to know to begin.
641 @xref{Demonstration of Calc}.
642
643 The tutorial chapter walks you through the various parts of Calc
644 with lots of hands-on examples and explanations.  If you are new
645 to Calc and you have some time, try going through at least the
646 beginning of the tutorial.  The tutorial includes about 70 exercises
647 with answers.  These exercises give you some guided practice with
648 Calc, as well as pointing out some interesting and unusual ways
649 to use its features.
650
651 The reference section discusses Calc in complete depth.  You can read
652 the reference from start to finish if you want to learn every aspect
653 of Calc.  Or, you can look in the table of contents or the Concept
654 Index to find the parts of the manual that discuss the things you
655 need to know.
656
657 @cindex Marginal notes
658 Every Calc keyboard command is listed in the Calc Summary, and also
659 in the Key Index.  Algebraic functions, @kbd{M-x} commands, and
660 variables also have their own indices.  @c{Each}
661 @asis{In the printed manual, each}
662 paragraph that is referenced in the Key or Function Index is marked
663 in the margin with its index entry.
664
665 @c [fix-ref Help Commands]
666 You can access this manual on-line at any time within Calc by
667 pressing the @kbd{h i} key sequence.  Outside of the Calc window,
668 you can press @kbd{M-# i} to read the manual on-line.  Also, you
669 can jump directly to the Tutorial by pressing @kbd{h t} or @kbd{M-# t},
670 or to the Summary by pressing @kbd{h s} or @kbd{M-# s}.  Within Calc,
671 you can also go to the part of the manual describing any Calc key,
672 function, or variable using @w{@kbd{h k}}, @kbd{h f}, or @kbd{h v},
673 respectively.  @xref{Help Commands}.
674
675 Printed copies of this manual are also available from the Free Software
676 Foundation.
677
678 @node Notations Used in This Manual, Demonstration of Calc, About This Manual, Getting Started
679 @section Notations Used in This Manual
680
681 @noindent
682 This section describes the various notations that are used
683 throughout the Calc manual.
684
685 In keystroke sequences, uppercase letters mean you must hold down
686 the shift key while typing the letter.  Keys pressed with Control
687 held down are shown as @kbd{C-x}.  Keys pressed with Meta held down
688 are shown as @kbd{M-x}.  Other notations are @key{RET} for the
689 Return key, @key{SPC} for the space bar, @key{TAB} for the Tab key,
690 @key{DEL} for the Delete key, and @key{LFD} for the Line-Feed key.
691
692 (If you don't have the @key{LFD} or @key{TAB} keys on your keyboard,
693 the @kbd{C-j} and @kbd{C-i} keys are equivalent to them, respectively.
694 If you don't have a Meta key, look for Alt or Extend Char.  You can
695 also press @key{ESC} or @key{C-[} first to get the same effect, so
696 that @kbd{M-x}, @kbd{ESC x}, and @kbd{C-[ x} are all equivalent.)
697
698 Sometimes the @key{RET} key is not shown when it is ``obvious''
699 that you must press @kbd{RET} to proceed.  For example, the @key{RET}
700 is usually omitted in key sequences like @kbd{M-x calc-keypad @key{RET}}.
701
702 Commands are generally shown like this:  @kbd{p} (@code{calc-precision})
703 or @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}).  This means that the command is
704 normally used by pressing the @kbd{p} key or @kbd{M-# k} key sequence,
705 but it also has the full-name equivalent shown, e.g., @kbd{M-x calc-precision}.
706
707 Commands that correspond to functions in algebraic notation
708 are written:  @kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}].  This means
709 the @kbd{C} key is equivalent to @kbd{M-x calc-cos}, and that
710 the corresponding function in an algebraic-style formula would
711 be @samp{cos(@var{x})}.
712
713 A few commands don't have key equivalents:  @code{calc-sincos}
714 [@code{sincos}].@refill
715
716 @node Demonstration of Calc, Using Calc, Notations Used in This Manual, Getting Started
717 @section A Demonstration of Calc
718
719 @noindent
720 @cindex Demonstration of Calc
721 This section will show some typical small problems being solved with
722 Calc.  The focus is more on demonstration than explanation, but
723 everything you see here will be covered more thoroughly in the
724 Tutorial.
725
726 To begin, start Emacs if necessary (usually the command @code{emacs}
727 does this), and type @kbd{M-# c} (or @kbd{ESC # c}) to start the
728 Calculator.  (@xref{Starting Calc}, if this doesn't work for you.)
729
730 Be sure to type all the sample input exactly, especially noting the
731 difference between lower-case and upper-case letters.  Remember,
732 @kbd{RET}, @kbd{TAB}, @kbd{DEL}, and @kbd{SPC} are the Return, Tab,
733 Delete, and Space keys.
734
735 @strong{RPN calculation.}  In RPN, you type the input number(s) first,
736 then the command to operate on the numbers.
737
738 @noindent
739 Type @kbd{2 RET 3 + Q} to compute @c{$\sqrt{2+3} = 2.2360679775$}
740 @asis{the square root of 2+3, which is 2.2360679775}.
741
742 @noindent
743 Type @kbd{P 2 ^} to compute @c{$\pi^2 = 9.86960440109$}
744 @asis{the value of `pi' squared, 9.86960440109}.
745
746 @noindent
747 Type @kbd{TAB} to exchange the order of these two results.
748
749 @noindent
750 Type @kbd{- I H S} to subtract these results and compute the Inverse
751 Hyperbolic sine of the difference, 2.72996136574.
752
753 @noindent
754 Type @kbd{DEL} to erase this result.
755
756 @strong{Algebraic calculation.}  You can also enter calculations using
757 conventional ``algebraic'' notation.  To enter an algebraic formula,
758 use the apostrophe key.
759
760 @noindent
761 Type @kbd{' sqrt(2+3) RET} to compute @c{$\sqrt{2+3}$}
762 @asis{the square root of 2+3}.
763
764 @noindent
765 Type @kbd{' pi^2 RET} to enter @c{$\pi^2$}
766 @asis{`pi' squared}.  To evaluate this symbolic
767 formula as a number, type @kbd{=}.
768
769 @noindent
770 Type @kbd{' arcsinh($ - $$) RET} to subtract the second-most-recent
771 result from the most-recent and compute the Inverse Hyperbolic sine.
772
773 @strong{Keypad mode.}  If you are using the X window system, press
774 @w{@kbd{M-# k}} to get Keypad mode.  (If you don't use X, skip to
775 the next section.)
776
777 @noindent
778 Click on the @key{2}, @key{ENTER}, @key{3}, @key{+}, and @key{SQRT}
779 ``buttons'' using your left mouse button.
780
781 @noindent
782 Click on @key{PI}, @key{2}, and @t{y^x}.
783
784 @noindent
785 Click on @key{INV}, then @key{ENTER} to swap the two results.
786
787 @noindent
788 Click on @key{-}, @key{INV}, @key{HYP}, and @key{SIN}.
789
790 @noindent
791 Click on @key{<-} to erase the result, then click @key{OFF} to turn
792 the Keypad Calculator off.
793
794 @strong{Grabbing data.}  Type @kbd{M-# x} if necessary to exit Calc.
795 Now select the following numbers as an Emacs region:  ``Mark'' the
796 front of the list by typing control-@kbd{SPC} or control-@kbd{@@} there,
797 then move to the other end of the list.  (Either get this list from
798 the on-line copy of this manual, accessed by @w{@kbd{M-# i}}, or just
799 type these numbers into a scratch file.)  Now type @kbd{M-# g} to
800 ``grab'' these numbers into Calc.
801
802 @group
803 @example
804 1.23  1.97
805 1.6   2
806 1.19  1.08
807 @end example
808 @end group
809
810 @noindent
811 The result @samp{[1.23, 1.97, 1.6, 2, 1.19, 1.08]} is a Calc ``vector.''
812 Type @w{@kbd{V R +}} to compute the sum of these numbers.
813
814 @noindent
815 Type @kbd{U} to Undo this command, then type @kbd{V R *} to compute
816 the product of the numbers.
817
818 @noindent
819 You can also grab data as a rectangular matrix.  Place the cursor on
820 the upper-leftmost @samp{1} and set the mark, then move to just after
821 the lower-right @samp{8} and press @kbd{M-# r}.
822
823 @noindent
824 Type @kbd{v t} to transpose this @c{$3\times2$}
825 @asis{3x2} matrix into a @c{$2\times3$}
826 @asis{2x3} matrix.  Type
827 @w{@kbd{v u}} to unpack the rows into two separate vectors.  Now type
828 @w{@kbd{V R + TAB V R +}} to compute the sums of the two original columns.
829 (There is also a special grab-and-sum-columns command, @kbd{M-# :}.)
830
831 @strong{Units conversion.}  Units are entered algebraically.
832 Type @w{@kbd{' 43 mi/hr RET}} to enter the quantity 43 miles-per-hour.
833 Type @w{@kbd{u c km/hr RET}}.  Type @w{@kbd{u c m/s RET}}.
834
835 @strong{Date arithmetic.}  Type @kbd{t N} to get the current date and
836 time.  Type @kbd{90 +} to find the date 90 days from now.  Type
837 @kbd{' <25 dec 87> RET} to enter a date, then @kbd{- 7 /} to see how
838 many weeks have passed since then.
839
840 @strong{Algebra.}  Algebraic entries can also include formulas
841 or equations involving variables.  Type @kbd{@w{' [x + y} = a, x y = 1] RET}
842 to enter a pair of equations involving three variables.
843 (Note the leading apostrophe in this example; also, note that the space
844 between @samp{x y} is required.)  Type @w{@kbd{a S x,y RET}} to solve
845 these equations for the variables @cite{x} and @cite{y}.@refill
846
847 @noindent
848 Type @kbd{d B} to view the solutions in more readable notation.
849 Type @w{@kbd{d C}} to view them in C language notation, and @kbd{d T}
850 to view them in the notation for the @TeX{} typesetting system.
851 Type @kbd{d N} to return to normal notation.
852
853 @noindent
854 Type @kbd{7.5}, then @kbd{s l a RET} to let @cite{a = 7.5} in these formulas.
855 (That's a letter @kbd{l}, not a numeral @kbd{1}.)
856
857 @iftex
858 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
859 manual.  Type @kbd{M-# c} to return to Calc after each of these
860 commands: @kbd{h k t N} to read about the @kbd{t N} command,
861 @kbd{h f sqrt RET} to read about the @code{sqrt} function, and
862 @kbd{h s} to read the Calc summary.
863 @end iftex
864 @ifnottex
865 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
866 manual.  Remember to type the letter @kbd{l}, then @kbd{M-# c}, to
867 return here after each of these commands: @w{@kbd{h k t N}} to read
868 about the @w{@kbd{t N}} command, @kbd{h f sqrt RET} to read about the
869 @code{sqrt} function, and @kbd{h s} to read the Calc summary.
870 @end ifnottex
871
872 Press @kbd{DEL} repeatedly to remove any leftover results from the stack.
873 To exit from Calc, press @kbd{q} or @kbd{M-# c} again.
874
875 @node Using Calc, History and Acknowledgements, Demonstration of Calc, Getting Started
876 @section Using Calc
877
878 @noindent
879 Calc has several user interfaces that are specialized for
880 different kinds of tasks.  As well as Calc's standard interface,
881 there are Quick Mode, Keypad Mode, and Embedded Mode.
882
883 @c [fix-ref Installation]
884 Calc must be @dfn{installed} before it can be used.  @xref{Installation},
885 for instructions on setting up and installing Calc.  We will assume
886 you or someone on your system has already installed Calc as described
887 there.
888
889 @menu
890 * Starting Calc::
891 * The Standard Interface::
892 * Quick Mode Overview::
893 * Keypad Mode Overview::
894 * Standalone Operation::
895 * Embedded Mode Overview::
896 * Other M-# Commands::
897 @end menu
898
899 @node Starting Calc, The Standard Interface, Using Calc, Using Calc
900 @subsection Starting Calc
901
902 @noindent
903 On most systems, you can type @kbd{M-#} to start the Calculator.
904 The notation @kbd{M-#} is short for Meta-@kbd{#}.  On most
905 keyboards this means holding down the Meta (or Alt) and
906 Shift keys while typing @kbd{3}.
907
908 @cindex META key
909 Once again, if you don't have a Meta key on your keyboard you can type
910 @key{ESC} first, then @kbd{#}, to accomplish the same thing.  If you
911 don't even have an @key{ESC} key, you can fake it by holding down
912 Control or @key{CTRL} while typing a left square bracket
913 (that's @kbd{C-[} in Emacs notation).@refill
914
915 @kbd{M-#} is a @dfn{prefix key}; when you press it, Emacs waits for
916 you to press a second key to complete the command.  In this case,
917 you will follow @kbd{M-#} with a letter (upper- or lower-case, it
918 doesn't matter for @kbd{M-#}) that says which Calc interface you
919 want to use.
920
921 To get Calc's standard interface, type @kbd{M-# c}.  To get
922 Keypad Mode, type @kbd{M-# k}.  Type @kbd{M-# ?} to get a brief
923 list of the available options, and type a second @kbd{?} to get
924 a complete list.
925
926 To ease typing, @kbd{M-# M-#} (or @kbd{M-# #} if that's easier)
927 also works to start Calc.  It starts the same interface (either
928 @kbd{M-# c} or @w{@kbd{M-# k}}) that you last used, selecting the
929 @kbd{M-# c} interface by default.  (If your installation has
930 a special function key set up to act like @kbd{M-#}, hitting that
931 function key twice is just like hitting @kbd{M-# M-#}.)
932
933 If @kbd{M-#} doesn't work for you, you can always type explicit
934 commands like @kbd{M-x calc} (for the standard user interface) or
935 @w{@kbd{M-x calc-keypad}} (for Keypad Mode).  First type @kbd{M-x}
936 (that's Meta with the letter @kbd{x}), then, at the prompt,
937 type the full command (like @kbd{calc-keypad}) and press Return.
938
939 If you type @kbd{M-x calc} and Emacs still doesn't recognize the
940 command (it will say @samp{[No match]} when you try to press
941 @key{RET}), then Calc has not been properly installed.
942
943 The same commands (like @kbd{M-# c} or @kbd{M-# M-#}) that start
944 the Calculator also turn it off if it is already on.
945
946 @node The Standard Interface, Quick Mode Overview, Starting Calc, Using Calc
947 @subsection The Standard Calc Interface
948
949 @noindent
950 @cindex Standard user interface
951 Calc's standard interface acts like a traditional RPN calculator,
952 operated by the normal Emacs keyboard.  When you type @kbd{M-# c}
953 to start the Calculator, the Emacs screen splits into two windows
954 with the file you were editing on top and Calc on the bottom.
955
956 @group
957 @iftex
958 @advance@hsize20pt
959 @end iftex
960 @smallexample
961
962 ...
963 --**-Emacs: myfile             (Fundamental)----All----------------------
964 --- Emacs Calculator Mode ---                   |Emacs Calc Mode v2.00...
965 2:  17.3                                        |    17.3
966 1:  -5                                          |    3
967     .                                           |    2
968                                                 |    4
969                                                 |  * 8
970                                                 |  ->-5
971                                                 |
972 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All----- --%%-Emacs: *Calc Trail*
973 @end smallexample
974 @end group
975
976 In this figure, the mode-line for @file{myfile} has moved up and the
977 ``Calculator'' window has appeared below it.  As you can see, Calc
978 actually makes two windows side-by-side.  The lefthand one is
979 called the @dfn{stack window} and the righthand one is called the
980 @dfn{trail window.}  The stack holds the numbers involved in the
981 calculation you are currently performing.  The trail holds a complete
982 record of all calculations you have done.  In a desk calculator with
983 a printer, the trail corresponds to the paper tape that records what
984 you do.
985
986 In this case, the trail shows that four numbers (17.3, 3, 2, and 4)
987 were first entered into the Calculator, then the 2 and 4 were
988 multiplied to get 8, then the 3 and 8 were subtracted to get @i{-5}.
989 (The @samp{>} symbol shows that this was the most recent calculation.)
990 The net result is the two numbers 17.3 and @i{-5} sitting on the stack.
991
992 Most Calculator commands deal explicitly with the stack only, but
993 there is a set of commands that allow you to search back through
994 the trail and retrieve any previous result.
995
996 Calc commands use the digits, letters, and punctuation keys.
997 Shifted (i.e., upper-case) letters are different from lowercase
998 letters.  Some letters are @dfn{prefix} keys that begin two-letter
999 commands.  For example, @kbd{e} means ``enter exponent'' and shifted
1000 @kbd{E} means @cite{e^x}.  With the @kbd{d} (``display modes'') prefix
1001 the letter ``e'' takes on very different meanings:  @kbd{d e} means
1002 ``engineering notation'' and @kbd{d E} means ``@dfn{eqn} language mode.''
1003
1004 There is nothing stopping you from switching out of the Calc
1005 window and back into your editing window, say by using the Emacs
1006 @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window}) command.  When the cursor is
1007 inside a regular window, Emacs acts just like normal.  When the
1008 cursor is in the Calc stack or trail windows, keys are interpreted
1009 as Calc commands.
1010
1011 When you quit by pressing @kbd{M-# c} a second time, the Calculator
1012 windows go away but the actual Stack and Trail are not gone, just
1013 hidden.  When you press @kbd{M-# c} once again you will get the
1014 same stack and trail contents you had when you last used the
1015 Calculator.
1016
1017 The Calculator does not remember its state between Emacs sessions.
1018 Thus if you quit Emacs and start it again, @kbd{M-# c} will give you
1019 a fresh stack and trail.  There is a command (@kbd{m m}) that lets
1020 you save your favorite mode settings between sessions, though.
1021 One of the things it saves is which user interface (standard or
1022 Keypad) you last used; otherwise, a freshly started Emacs will
1023 always treat @kbd{M-# M-#} the same as @kbd{M-# c}.
1024
1025 The @kbd{q} key is another equivalent way to turn the Calculator off.
1026
1027 If you type @kbd{M-# b} first and then @kbd{M-# c}, you get a
1028 full-screen version of Calc (@code{full-calc}) in which the stack and
1029 trail windows are still side-by-side but are now as tall as the whole
1030 Emacs screen.  When you press @kbd{q} or @kbd{M-# c} again to quit,
1031 the file you were editing before reappears.  The @kbd{M-# b} key
1032 switches back and forth between ``big'' full-screen mode and the
1033 normal partial-screen mode.
1034
1035 Finally, @kbd{M-# o} (@code{calc-other-window}) is like @kbd{M-# c}
1036 except that the Calc window is not selected.  The buffer you were
1037 editing before remains selected instead.  @kbd{M-# o} is a handy
1038 way to switch out of Calc momentarily to edit your file; type
1039 @kbd{M-# c} to switch back into Calc when you are done.
1040
1041 @node Quick Mode Overview, Keypad Mode Overview, The Standard Interface, Using Calc
1042 @subsection Quick Mode (Overview)
1043
1044 @noindent
1045 @dfn{Quick Mode} is a quick way to use Calc when you don't need the
1046 full complexity of the stack and trail.  To use it, type @kbd{M-# q}
1047 (@code{quick-calc}) in any regular editing buffer.
1048
1049 Quick Mode is very simple:  It prompts you to type any formula in
1050 standard algebraic notation (like @samp{4 - 2/3}) and then displays
1051 the result at the bottom of the Emacs screen (@i{3.33333333333}
1052 in this case).  You are then back in the same editing buffer you
1053 were in before, ready to continue editing or to type @kbd{M-# q}
1054 again to do another quick calculation.  The result of the calculation
1055 will also be in the Emacs ``kill ring'' so that a @kbd{C-y} command
1056 at this point will yank the result into your editing buffer.
1057
1058 Calc mode settings affect Quick Mode, too, though you will have to
1059 go into regular Calc (with @kbd{M-# c}) to change the mode settings.
1060
1061 @c [fix-ref Quick Calculator mode]
1062 @xref{Quick Calculator}, for further information.
1063
1064 @node Keypad Mode Overview, Standalone Operation, Quick Mode Overview, Using Calc
1065 @subsection Keypad Mode (Overview)
1066
1067 @noindent
1068 @dfn{Keypad Mode} is a mouse-based interface to the Calculator.
1069 It is designed for use with the X window system.  If you don't
1070 have X, you will have to operate keypad mode with your arrow
1071 keys (which is probably more trouble than it's worth).  Keypad
1072 mode is currently not supported under Emacs 19.
1073
1074 Type @kbd{M-# k} to turn Keypad Mode on or off.  Once again you
1075 get two new windows, this time on the righthand side of the screen
1076 instead of at the bottom.  The upper window is the familiar Calc
1077 Stack; the lower window is a picture of a typical calculator keypad.
1078
1079 @tex
1080 \dimen0=\pagetotal%
1081 \advance \dimen0 by 24\baselineskip%
1082 \ifdim \dimen0>\pagegoal \vfill\eject \fi%
1083 \medskip
1084 @end tex
1085 @smallexample
1086                                         |--- Emacs Calculator Mode ---
1087                                         |2:  17.3
1088                                         |1:  -5
1089                                         |    .
1090                                         |--%%-Calc: 12 Deg       (Calcul
1091                                         |----+-----Calc 2.00-----+----1
1092                                         |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
1093                                         |----+----+----+----+----+----|
1094                                         | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
1095                                         |----+----+----+----+----+----|
1096                                         |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
1097                                         |----+----+----+----+----+----|
1098                                         |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
1099                                         |-----+---+-+--+--+-+---++----|
1100                                         | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
1101                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
1102                                         | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
1103                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
1104                                         |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
1105                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
1106                                         | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
1107                                         |-----+-----+-----+-----+-----+
1108 @end smallexample
1109 @iftex
1110 @begingroup
1111 @ifdim@hsize=5in
1112 @vskip-3.7in
1113 @advance@hsize-2.2in
1114 @else
1115 @vskip-3.89in
1116 @advance@hsize-3.05in
1117 @advance@vsize.1in
1118 @fi
1119 @end iftex
1120
1121 Keypad Mode is much easier for beginners to learn, because there
1122 is no need to memorize lots of obscure key sequences.  But not all
1123 commands in regular Calc are available on the Keypad.  You can
1124 always switch the cursor into the Calc stack window to use
1125 standard Calc commands if you need.  Serious Calc users, though,
1126 often find they prefer the standard interface over Keypad Mode.
1127
1128 To operate the Calculator, just click on the ``buttons'' of the
1129 keypad using your left mouse button.  To enter the two numbers
1130 shown here you would click @w{@kbd{1 7 .@: 3 ENTER 5 +/- ENTER}}; to
1131 add them together you would then click @kbd{+} (to get 12.3 on
1132 the stack).
1133
1134 If you click the right mouse button, the top three rows of the
1135 keypad change to show other sets of commands, such as advanced
1136 math functions, vector operations, and operations on binary
1137 numbers.
1138
1139 @iftex
1140 @endgroup
1141 @end iftex
1142 Because Keypad Mode doesn't use the regular keyboard, Calc leaves
1143 the cursor in your original editing buffer.  You can type in
1144 this buffer in the usual way while also clicking on the Calculator
1145 keypad.  One advantage of Keypad Mode is that you don't need an
1146 explicit command to switch between editing and calculating.
1147
1148 If you press @kbd{M-# b} first, you get a full-screen Keypad Mode
1149 (@code{full-calc-keypad}) with three windows:  The keypad in the lower
1150 left, the stack in the lower right, and the trail on top.
1151
1152 @c [fix-ref Keypad Mode]
1153 @xref{Keypad Mode}, for further information.
1154
1155 @node Standalone Operation, Embedded Mode Overview, Keypad Mode Overview, Using Calc
1156 @subsection Standalone Operation
1157
1158 @noindent
1159 @cindex Standalone Operation
1160 If you are not in Emacs at the moment but you wish to use Calc,
1161 you must start Emacs first.  If all you want is to run Calc, you
1162 can give the commands:
1163
1164 @example
1165 emacs -f full-calc
1166 @end example
1167
1168 @noindent
1169 or
1170
1171 @example
1172 emacs -f full-calc-keypad
1173 @end example
1174
1175 @noindent
1176 which run a full-screen Calculator (as if by @kbd{M-# b M-# c}) or
1177 a full-screen X-based Calculator (as if by @kbd{M-# b M-# k}).
1178 In standalone operation, quitting the Calculator (by pressing
1179 @kbd{q} or clicking on the keypad @key{EXIT} button) quits Emacs
1180 itself.
1181
1182 @node Embedded Mode Overview, Other M-# Commands, Standalone Operation, Using Calc
1183 @subsection Embedded Mode (Overview)
1184
1185 @noindent
1186 @dfn{Embedded Mode} is a way to use Calc directly from inside an
1187 editing buffer.  Suppose you have a formula written as part of a
1188 document like this:
1189
1190 @group
1191 @smallexample
1192 The derivative of
1193
1194                                    ln(ln(x))
1195
1196 is
1197 @end smallexample
1198 @end group
1199
1200 @noindent
1201 and you wish to have Calc compute and format the derivative for
1202 you and store this derivative in the buffer automatically.  To
1203 do this with Embedded Mode, first copy the formula down to where
1204 you want the result to be:
1205
1206 @group
1207 @smallexample
1208 The derivative of
1209
1210                                    ln(ln(x))
1211
1212 is
1213
1214                                    ln(ln(x))
1215 @end smallexample
1216 @end group
1217
1218 Now, move the cursor onto this new formula and press @kbd{M-# e}.
1219 Calc will read the formula (using the surrounding blank lines to
1220 tell how much text to read), then push this formula (invisibly)
1221 onto the Calc stack.  The cursor will stay on the formula in the
1222 editing buffer, but the buffer's mode line will change to look
1223 like the Calc mode line (with mode indicators like @samp{12 Deg}
1224 and so on).  Even though you are still in your editing buffer,
1225 the keyboard now acts like the Calc keyboard, and any new result
1226 you get is copied from the stack back into the buffer.  To take
1227 the derivative, you would type @kbd{a d x @key{RET}}.
1228
1229 @group
1230 @smallexample
1231 The derivative of
1232
1233                                    ln(ln(x))
1234
1235 is
1236
1237 1 / ln(x) x
1238 @end smallexample
1239 @end group
1240
1241 To make this look nicer, you might want to press @kbd{d =} to center
1242 the formula, and even @kbd{d B} to use ``big'' display mode.
1243
1244 @group
1245 @smallexample
1246 The derivative of
1247
1248                                    ln(ln(x))
1249
1250 is
1251 % [calc-mode: justify: center]
1252 % [calc-mode: language: big]
1253
1254                                        1
1255                                     -------
1256                                     ln(x) x
1257 @end smallexample
1258 @end group
1259
1260 Calc has added annotations to the file to help it remember the modes
1261 that were used for this formula.  They are formatted like comments
1262 in the @TeX{} typesetting language, just in case you are using @TeX{}.
1263 (In this example @TeX{} is not being used, so you might want to move
1264 these comments up to the top of the file or otherwise put them out
1265 of the way.)
1266
1267 As an extra flourish, we can add an equation number using a
1268 righthand label:  Type @kbd{d @} (1) RET}.
1269
1270 @group
1271 @smallexample
1272 % [calc-mode: justify: center]
1273 % [calc-mode: language: big]
1274 % [calc-mode: right-label: " (1)"]
1275
1276                                        1
1277                                     -------                      (1)
1278                                     ln(x) x
1279 @end smallexample
1280 @end group
1281
1282 To leave Embedded Mode, type @kbd{M-# e} again.  The mode line
1283 and keyboard will revert to the way they were before.  (If you have
1284 actually been trying this as you read along, you'll want to press
1285 @kbd{M-# 0} [with the digit zero] now to reset the modes you changed.)
1286
1287 The related command @kbd{M-# w} operates on a single word, which
1288 generally means a single number, inside text.  It uses any
1289 non-numeric characters rather than blank lines to delimit the
1290 formula it reads.  Here's an example of its use:
1291
1292 @smallexample
1293 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
1294 @end smallexample
1295
1296 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{M-# w} to enable
1297 Embedded Mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
1298 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
1299 then @w{@kbd{M-# w}} again to exit Embedded mode.
1300
1301 @smallexample
1302 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
1303 @end smallexample
1304
1305 @c [fix-ref Embedded Mode]
1306 @xref{Embedded Mode}, for full details.
1307
1308 @node Other M-# Commands, , Embedded Mode Overview, Using Calc
1309 @subsection Other @kbd{M-#} Commands
1310
1311 @noindent
1312 Two more Calc-related commands are @kbd{M-# g} and @kbd{M-# r},
1313 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
1314 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
1315 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
1316 cursor or ``point'' placed at the other.
1317
1318 The @kbd{M-# g} command reads the region in the usual left-to-right,
1319 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
1320 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
1321 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
1322 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
1323 @kbd{C-u M-# g} interprets the region as a single number or
1324 formula.
1325
1326 The @kbd{M-# r} command reads a rectangle, with the point and
1327 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
1328 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
1329
1330 Complementary to these is @kbd{M-# y}, which ``yanks'' the
1331 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
1332 If you type @w{@kbd{M-# y}} while in such a buffer, the value is
1333 yanked at the current position.  If you type @kbd{M-# y} while
1334 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
1335 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
1336 to be visible in order to use this command, as long as there
1337 is something on the Calc stack.
1338
1339 Here, for reference, is the complete list of @kbd{M-#} commands.
1340 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
1341 following @kbd{M-#}.
1342
1343 @noindent
1344 Commands for turning Calc on and off:
1345
1346 @table @kbd
1347 @item #
1348 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1349
1350 @item C
1351 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1352 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1353 in the Calc window, move the cursor into the window.
1354
1355 @item O
1356 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1357 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1358 move it out of that window.
1359
1360 @item B
1361 Control whether @kbd{M-# c} and @kbd{M-# k} use the full screen.
1362
1363 @item Q
1364 Use Quick Mode for a single short calculation.
1365
1366 @item K
1367 Turn Calc Keypad mode on or off.
1368
1369 @item E
1370 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1371
1372 @item J
1373 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1374
1375 @item W
1376 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1377
1378 @item Z
1379 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1380
1381 @item X
1382 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1383 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1384 @end table
1385 @iftex
1386 @sp 2
1387 @end iftex
1388
1389 @group
1390 @noindent
1391 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1392
1393 @table @kbd
1394 @item G
1395 Grab the region into the Calculator as a vector.
1396
1397 @item R
1398 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1399
1400 @item :
1401 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1402
1403 @item _
1404 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1405
1406 @item Y
1407 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1408 @end table
1409 @iftex
1410 @sp 2
1411 @end iftex
1412 @end group
1413
1414 @group
1415 @noindent
1416 Commands for use with Embedded Mode:
1417
1418 @table @kbd
1419 @item A
1420 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1421 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1422 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1423
1424 @item D
1425 Duplicate the current formula immediately below and select
1426 the duplicate.
1427
1428 @item F
1429 Insert a new formula at the current point.
1430
1431 @item N
1432 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1433
1434 @item P
1435 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1436
1437 @item U
1438 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1439
1440 @item `
1441 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1442 @end table
1443 @iftex
1444 @sp 2
1445 @end iftex
1446 @end group
1447
1448 @group
1449 @noindent
1450 Miscellaneous commands:
1451
1452 @table @kbd
1453 @item I
1454 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1455 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1456
1457 @item T
1458 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1459
1460 @item S
1461 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1462
1463 @item L
1464 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1465 are loaded only as they are needed.)
1466
1467 @item M
1468 Read a region of written keystroke names (like @samp{C-n a b c RET})
1469 and record them as the current keyboard macro.
1470
1471 @item 0
1472 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1473 its default state:  Empty stack, and default mode settings.
1474 With any prefix argument, reset everything but the stack.
1475 @end table
1476 @end group
1477
1478 @node History and Acknowledgements, , Using Calc, Getting Started
1479 @section History and Acknowledgements
1480
1481 @noindent
1482 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1483 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1484 the value of @c{$2^{32}$}
1485 @cite{2^32}.  I didn't offhand, but I said, ``that's
1486 easy, just call up an @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported
1487 that the answer to our question was @samp{4.294967e+09}---with no way to
1488 see the full ten digits even though we knew they were there in the
1489 program's memory!  I was so annoyed, I vowed to write a calculator
1490 of my own, once and for all.
1491
1492 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1493 and b) because, being only a text editor extension language after
1494 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1495 got too far out of hand.
1496
1497 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1498 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1499 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1500
1501 Emacs Lisp doesn't have built-in floating point math, so it had to be
1502 simulated in software.  In fact, Emacs integers will only comfortably
1503 fit six decimal digits or so---not enough for a decent calculator.  So
1504 I had to write my own high-precision integer code as well, and once I had
1505 this I figured that arbitrary-size integers were just as easy as large
1506 integers.  Arbitrary floating-point precision was the logical next step.
1507 Also, since the large integer arithmetic was there anyway it seemed only
1508 fair to give the user direct access to it, which in turn made it practical
1509 to support fractions as well as floats.  All these features inspired me
1510 to look around for other data types that might be worth having.
1511
1512 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1513 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1514 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I decided
1515 that these would be good for Calc to have, too.  And once things had
1516 gone this far, I figured I might as well take a look at serious algebra
1517 systems like Mathematica, Macsyma, and Maple for further ideas.  Since
1518 these systems did far more than I could ever hope to implement, I decided
1519 to focus on rewrite rules and other programming features so that users
1520 could implement what they needed for themselves.
1521
1522 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1523 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1524 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1525
1526 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1527 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1528 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1529
1530 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1531 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1532 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1533 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1534 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1535 algebra system for microcomputers.
1536
1537 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1538 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1539 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1540 rules, and many other algebra features; @c{Fran\c cois}
1541 @asis{Francois} Pinard, who contributed
1542 an early prototype of the Calc Summary appendix as well as providing
1543 valuable suggestions in many other areas of Calc; Carl Witty, whose eagle
1544 eyes discovered many typographical and factual errors in the Calc manual;
1545 Tim Kay, who drove the development of Embedded mode; Ove Ewerlid, who
1546 made many suggestions relating to the algebra commands and contributed
1547 some code for polynomial operations; Randal Schwartz, who suggested the
1548 @code{calc-eval} function; Robert J. Chassell, who suggested the Calc
1549 Tutorial and exercises; and Juha Sarlin, who first worked out how to split
1550 Calc into quickly-loading parts.  Bob Weiner helped immensely with the
1551 Lucid Emacs port.
1552
1553 @cindex Bibliography
1554 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1555 @cindex Numerical Recipes
1556 @c Should these be expanded into more complete references?
1557 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1558 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1559 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1560 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis for
1561 the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham, Knuth,
1562 and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the @emph{CRC
1563 Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and Abramowitz and
1564 Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical Functions}.  I
1565 consulted the user's manuals for the HP-28 and HP-48 calculators, as
1566 well as for the programs Mathematica, SMP, Macsyma, Maple, MathCAD,
1567 Gnuplot, and others.  Also, of course, Calc could not have been written
1568 without the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil
1569 Lewis and Dan LaLiberte.
1570
1571 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1572 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1573 finished in two weeks.
1574
1575 @c [tutorial]
1576
1577 @ifinfo
1578 @c This node is accessed by the `M-# t' command.
1579 @node Interactive Tutorial, , , Top
1580 @chapter Tutorial
1581
1582 @noindent
1583 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1584
1585 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1586 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1587 for this).
1588
1589 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1590 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1591 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1592 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1593
1594 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1595 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1596 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1597 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1598 @kbd{l} to return to where you were before.
1599
1600 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1601
1602 Press @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1603
1604 @menu
1605 * Tutorial::
1606 @end menu
1607 @end ifinfo
1608
1609 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1610 @chapter Tutorial
1611
1612 @noindent
1613 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1614 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1615 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1616 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1617 @c [not-split]
1618 to skip on to the rest of this manual.
1619 @c [when-split]
1620 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1621
1622 @c [fix-ref Embedded Mode]
1623 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1624 The ``Quick Mode'' and ``Keypad Mode'' interfaces are fairly
1625 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1626 the ``Embedded Mode'' interface.
1627
1628 @ifnottex
1629 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1630 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1631 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1632 @kbd{M-# c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1633 press @kbd{M-# i} to start the Info system or to switch into its window.
1634 Or, you may prefer to use the tutorial in printed form.
1635 @end ifnottex
1636 @iftex
1637 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1638 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1639 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1640 @kbd{M-# c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1641 press @kbd{M-# i} to start the Info system or to switch into its window.
1642 @end iftex
1643
1644 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1645 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1646 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1647 general areas.
1648
1649 @ifnottex
1650 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1651 it as you learn Calc.  @xref{Installation}, to see how to make a printed
1652 summary.  @xref{Summary}.
1653 @end ifnottex
1654 @iftex
1655 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1656 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1657 Calc.
1658 @end iftex
1659
1660 @menu
1661 * Basic Tutorial::
1662 * Arithmetic Tutorial::
1663 * Vector/Matrix Tutorial::
1664 * Types Tutorial::
1665 * Algebra Tutorial::
1666 * Programming Tutorial::
1667
1668 * Answers to Exercises::
1669 @end menu
1670
1671 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1672 @section Basic Tutorial
1673
1674 @noindent
1675 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1676 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1677 to control various modes of the Calculator.
1678
1679 @menu
1680 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1681 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1682 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1683 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1684 @end menu
1685
1686 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1687 @subsection RPN Calculations and the Stack
1688
1689 @cindex RPN notation
1690 @ifnottex
1691 @noindent
1692 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1693 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1694 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1695 Jan Lukasiewicz.)
1696 @end ifnottex
1697 @tex
1698 \noindent
1699 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1700 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1701 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1702 Jan \L ukasiewicz.)
1703 @end tex
1704
1705 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1706 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1707 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1708 from the top of the stack.
1709
1710 @cindex Operators
1711 @cindex Operands
1712 In an operation like @cite{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1713 and the @cite{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1714 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1715 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1716 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1717 number of operands from the stack and pushes back the result.
1718
1719 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1720 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1721 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1722 you wish; type @kbd{M-# c} to switch into the Calc window (you can type
1723 @kbd{M-# c} again or @kbd{M-# o} to switch back to the Tutorial window).
1724 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1725 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1726 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1727 will look at various points throughout the calculation:@refill
1728
1729 @group
1730 @smallexample
1731     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1732                    .          1:  3              .
1733                                   .
1734
1735   M-# c          2 RET          3 RET            +             DEL
1736 @end smallexample
1737 @end group
1738
1739 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1740 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1741 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1742 less distracting in regular use.
1743
1744 @cindex Stack levels
1745 @cindex Levels of stack
1746 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1747 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1748 @cite{x}, @cite{y}, @cite{z}, and @cite{t}.  Calc's stack can grow
1749 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1750 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1751 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1752 work on the top few levels of the stack.@refill
1753
1754 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1755 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1756 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1757 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1758 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1759 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1760 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1761 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1762 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1763 if you are interested.
1764
1765 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1766 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1767 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1768 automatically enters that number and then does the requested command.
1769 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.@refill
1770
1771 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1772 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1773
1774 @group
1775 @smallexample
1776 1:  2          2:  2          1:  5
1777     .          1:  3              .
1778                    .
1779
1780   2 RET            3              +
1781 @end smallexample
1782 @end group
1783
1784 @noindent
1785 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1786 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1787 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1788
1789 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1790 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1791 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1792 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1793 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1794 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1795 return to where you were.)
1796
1797 @noindent
1798 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1799 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1800 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1801 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1802
1803 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute @c{$(2\times4) + (7\times9.4) + {5\over4}$}
1804 @cite{2*4 + 7*9.5 + 5/4} using the
1805 stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1806
1807 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1808 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1809 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1810 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1811 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1812 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1813 results of the previous example at the beginning of a new example.
1814 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1815 clear away old results, the text will remind you to do so.
1816
1817 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1818 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1819 spend a long time reformatting such a large stack.)
1820
1821 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1822 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1823 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1824 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1825 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1826
1827 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1828 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1829 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1830
1831 @cindex Duplicating a stack entry
1832 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1833 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1834
1835 @group
1836 @smallexample
1837 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1838     .          1:  3              .          1:  9              .
1839                    .                             .
1840
1841   3 RET           RET             *             RET             *
1842 @end smallexample
1843 @end group
1844
1845 @noindent
1846 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1847 to raise 3 to the fourth power.)
1848
1849 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1850 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1851 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1852
1853 @cindex Exchanging stack entries
1854 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1855 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1856 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1857 was @cite{20 / (2+3)}.
1858
1859 @group
1860 @smallexample
1861 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1862     .          1:  20         1:  5              .
1863                    .              .
1864
1865  2 RET 3 +         20            TAB             /
1866 @end smallexample
1867 @end group
1868
1869 @noindent
1870 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1871
1872 @group
1873 @smallexample
1874 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1875     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1876                    .          1:  3              .
1877                                   .
1878
1879   20 RET         2 RET            3              +              /
1880 @end smallexample
1881 @end group
1882
1883 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1884 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1885 bringing the object in level 3 to the top.
1886
1887 @group
1888 @smallexample
1889 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1890     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1891                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1892                                   .              .              .
1893
1894   10 RET         20 RET         30 RET         M-TAB          M-TAB
1895 @end smallexample
1896 @end group
1897
1898 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1899 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1900 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1901 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1902
1903 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1904 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1905 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1906 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1907
1908 @group
1909 @smallexample
1910 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1911     .              .          1:  16             .              .
1912                                   .
1913
1914   3 RET          RET *        4 RET RET *        +              Q
1915 @end smallexample
1916 @end group
1917
1918 @noindent
1919 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1920 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1921
1922 @cindex Pythagorean Theorem
1923 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1924 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1925 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1926 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1927
1928 @group
1929 @smallexample
1930 1:  3          2:  3          1:  5
1931     .          1:  4              .
1932                    .
1933
1934   3 RET          4 RET      M-x calc-hypot
1935 @end smallexample
1936 @end group
1937
1938 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1939 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1940 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1941 prefix for you:
1942
1943 @group
1944 @smallexample
1945 1:  3          2:  3          1:  5
1946     .          1:  4              .
1947                    .
1948
1949   3 RET          4 RET         x hypot
1950 @end smallexample
1951 @end group
1952
1953 What happens if you take the square root of a negative number?
1954
1955 @group
1956 @smallexample
1957 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
1958     .              .              .
1959
1960   4 RET            n              Q
1961 @end smallexample
1962 @end group
1963
1964 @noindent
1965 The notation @cite{(a, b)} represents a complex number.
1966 Complex numbers are more traditionally written @c{$a + b i$}
1967 @cite{a + b i};
1968 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
1969 @cite{(a, b)} notation.
1970
1971 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
1972 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
1973 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
1974 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
1975 complex result.)
1976
1977 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
1978 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
1979
1980 @group
1981 @smallexample
1982 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
1983     .          1:  2              .              3              .
1984                    .                             .
1985
1986     (              2              ,              3              )
1987 @end smallexample
1988 @end group
1989
1990 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
1991 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
1992
1993 @group
1994 @smallexample
1995 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
1996     .          1:  2          2:  2              5              5
1997                    .          1:  3              .              .
1998                                   .
1999                                                              (error)
2000     (             2 RET           3              +              +
2001 @end smallexample
2002 @end group
2003
2004 @noindent
2005 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
2006 produces an error message and leaves the stack the same.
2007
2008 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
2009 moved around by the regular stack commands.
2010
2011 @group
2012 @smallexample
2013 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
2014 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
2015     .          1:  ( ...      1:  2              3
2016                    .              .              .
2017
2018 2 RET 3 RET        (            M-TAB          M-TAB            )
2019 @end smallexample
2020 @end group
2021
2022 @noindent
2023 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
2024 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
2025 entry and the top are collected, so there's never really a reason
2026 to use the comma.  It's up to you.
2027
2028 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @cite{(2, 3)},
2029 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
2030 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
2031 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
2032 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
2033
2034 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
2035 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
2036 the tutorial.
2037
2038 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
2039 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
2040 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
2041 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
2042 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
2043 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
2044 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
2045
2046 @group
2047 @smallexample
2048 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
2049     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
2050                    .          1:  30         1:  30
2051                                   .              .
2052
2053   10 RET         20 RET         30 RET         C-u 3            +
2054 @end smallexample
2055 @end group
2056
2057 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
2058 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
2059 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
2060 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
2061 the second-to-top element of the stack:
2062
2063 @group
2064 @smallexample
2065 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
2066     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
2067                    .          1:  30         1:  30         2:  30
2068                                   .              .          1:  20
2069                                                                 .
2070
2071   10 RET         20 RET         30 RET         C-u -2          RET
2072 @end smallexample
2073 @end group
2074
2075 @cindex Clearing the stack
2076 @cindex Emptying the stack
2077 Another common idiom is @kbd{M-0 DEL}, which clears the stack.
2078 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
2079 entire stack.)
2080
2081 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
2082 @subsection Algebraic-Style Calculations
2083
2084 @noindent
2085 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
2086 Calculator in ``algebraic mode,'' which is closer to the way
2087 non-RPN calculators work.  In algebraic mode, you enter formulas
2088 in traditional @cite{2+3} notation.
2089
2090 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
2091 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
2092 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
2093 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
2094 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
2095 computation as a formula, read the result from the stack, then press
2096 @key{DEL} to delete it from the stack.
2097
2098 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
2099 The result should be the number 9.
2100
2101 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
2102 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
2103 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
2104 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
2105 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
2106
2107 @example
2108 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
2109 @end example
2110
2111 @noindent
2112 is equivalent to
2113
2114 @example
2115 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
2116 @end example
2117
2118 @noindent
2119 or, in large mathematical notation,
2120
2121 @ifnottex
2122 @group
2123 @example
2124     3 * 4 * 5
2125 2 + --------- - 9
2126           8
2127      6 * 7
2128 @end example
2129 @end group
2130 @end ifnottex
2131 @tex
2132 \turnoffactive
2133 \beforedisplay
2134 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
2135 \afterdisplay
2136 @end tex
2137
2138 @noindent
2139 The result of this expression will be the number @i{-6.99999826533}.
2140
2141 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
2142 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
2143 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
2144 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
2145
2146 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
2147 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
2148 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @i{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
2149 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
2150
2151 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is an
2152 ``algebraic mode'' you can select in which Calc automatically senses
2153 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
2154 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
2155 should appear in the Calc window's mode line.)
2156
2157 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
2158
2159 In algebraic mode, when you press any key that would normally begin
2160 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
2161 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
2162 an algebraic entry.
2163
2164 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
2165 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
2166 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
2167 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
2168 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
2169
2170 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
2171 be @cite{0.16227766017}.
2172
2173 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
2174 the apostrophe even if you are in algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
2175 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
2176 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
2177 rule to use!
2178
2179 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
2180 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
2181 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
2182
2183 Still in algebraic mode, type:
2184
2185 @group
2186 @smallexample
2187 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
2188     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
2189                    .                             .
2190
2191  (2,3) RET      (1,-2) RET        *              1 RET          +
2192 @end smallexample
2193 @end group
2194
2195 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
2196 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
2197 after every entry, even for a simple number like @cite{1}.
2198
2199 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special ``incomplete algebraic
2200 mode'' in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
2201 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
2202 a ``total algebraic mode,'' started by typing @kbd{m t}, in which all
2203 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
2204 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of total algebraic
2205 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.  Total algebraic mode is not supported
2206 under Emacs 19.)
2207
2208 If you're still in algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
2209
2210 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
2211 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
2212 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
2213 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
2214 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
2215 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
2216 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
2217 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
2218 of the stack.  Here, we perform the calculation @c{$\sqrt{2\times4+1}$}
2219 @cite{sqrt(2*4+1)},
2220 which on a traditional calculator would be done by pressing
2221 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
2222
2223 @group
2224 @smallexample
2225 1:  8          1:  9          1:  3
2226     .              .              .
2227
2228   ' 2*4 RET        $+1 RET        Q
2229 @end smallexample
2230 @end group
2231
2232 @noindent
2233 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
2234 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
2235
2236 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
2237 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
2238 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
2239 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2240
2241 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
2242 entries.  For example, @kbd{' $$+$ RET} is just like typing @kbd{+}.
2243
2244 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
2245 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
2246 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
2247 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
2248 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
2249 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
2250 or more letters or digits, beginning with a letter.
2251
2252 @group
2253 @smallexample
2254 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
2255     .                             .              .
2256
2257     17          s t a RET      ' a+a^2 RET       =
2258 @end smallexample
2259 @end group
2260
2261 @noindent
2262 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
2263 variables by the values that were stored in them.
2264
2265 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
2266 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
2267 or by using the @kbd{s r} command.
2268
2269 @group
2270 @smallexample
2271 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
2272     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
2273                    .          1:  2              .
2274                                   .
2275
2276   s r a RET     ' a RET =         2              ^              +
2277 @end smallexample
2278 @end group
2279
2280 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
2281 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
2282 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
2283 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
2284 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
2285 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
2286
2287 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
2288 values are left alone, even when you evaluate the formula.
2289
2290 @group
2291 @smallexample
2292 1:  2 a + 2 b     1:  34 + 2 b
2293     .                 .
2294
2295  ' 2a+2b RET          =
2296 @end smallexample
2297 @end group
2298
2299 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
2300 alone, as are calls for which the value is undefined.
2301
2302 @group
2303 @smallexample
2304 1:  2 + log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3)
2305     .
2306
2307  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) RET
2308 @end smallexample
2309 @end group
2310
2311 @noindent
2312 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
2313 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
2314 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
2315 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
2316 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
2317 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
2318 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
2319 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
2320 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
2321 automatically displays the first message only if the message is
2322 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
2323 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
2324 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
2325 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
2326
2327 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
2328 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
2329 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
2330 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
2331 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2332
2333 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
2334 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
2335 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
2336
2337 One interesting way to work with variables is to use the
2338 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
2339 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
2340 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
2341 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
2342 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
2343 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
2344 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
2345
2346 @group
2347 @smallexample
2348 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
2349 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
2350     .                                  .
2351
2352 ' 2+3 => RET  ' 2a+2b RET s =          10 s t a RET
2353 @end smallexample
2354 @end group
2355
2356 @noindent
2357 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2358 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @cite{a}
2359 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2360 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2361 to see the effects on the formulas' values.
2362
2363 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2364
2365 @group
2366 @smallexample
2367 2:  2 + 5 => 5
2368 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2369     .
2370
2371     s u a RET
2372 @end smallexample
2373 @end group
2374
2375 We will encounter formulas involving variables and functions again
2376 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2377
2378 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2379 @subsection Undo and Redo
2380
2381 @noindent
2382 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2383 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 DEL}) and exit
2384 and restart Calc (@kbd{M-# M-# M-# M-#}) to make sure things start off
2385 with a clean slate.  Now:
2386
2387 @group
2388 @smallexample
2389 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2390     .          1:  3              .          1:  3              .
2391                    .                             .
2392
2393    2 RET           3              ^              U              *
2394 @end smallexample
2395 @end group
2396
2397 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2398 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2399 above example, you could type:
2400
2401 @group
2402 @smallexample
2403 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2404     .          1:  3              .
2405                    .
2406                                                              (error)
2407                    U              U              U              U
2408 @end smallexample
2409 @end group
2410
2411 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2412 mistakenly.
2413
2414 @group
2415 @smallexample
2416     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2417                    .          1:  3              .              .
2418                                   .
2419                                                              (error)
2420                    D              D              D              D
2421 @end smallexample
2422 @end group
2423
2424 @noindent
2425 It was not possible to redo past the @cite{6}, since that was placed there
2426 by something other than an undo command.
2427
2428 @cindex Time travel
2429 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2430 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2431 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2432 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2433 again.  Thus, the inability to redo past the @cite{6} even though there
2434 was an earlier undo command.
2435
2436 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2437 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2438 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2439 press @kbd{t d} now to turn it on.
2440
2441 Let's try grabbing an earlier result.  The @cite{8} we computed was
2442 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2443 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2444 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2445 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2446 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2447 @cite{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2448 stack.
2449
2450 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2451 went into the trail.
2452
2453 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2454 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2455 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2456 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2457 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2458 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2459 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2460 continue the search forwards or backwards as you like.
2461
2462 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2463 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2464 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2465 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2466 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2467
2468 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2469 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2470 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2471 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2472 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2473 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2474 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2475 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2476 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2477 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.  This may
2478 not work under Lucid Emacs, but you can also type @kbd{h h} to
2479 see all the help at once.
2480
2481 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2482
2483 @smallexample
2484 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2485 @end smallexample
2486
2487 @noindent
2488 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2489 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2490 with a single capital letter showing which letter you press to get
2491 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2492 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2493 again to see more @kbd{t}-prefix comands.  Notice that the commands
2494 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2495
2496 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2497 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2498 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2499 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2500 the prefix.
2501
2502 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2503 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2504 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2505 to edit a stack entry.
2506
2507 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2508 @c{$\pi$}
2509 @cite{pi}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2510 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2511 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2512 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2513 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2514 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2515 during entry of a number or algebraic formula.
2516
2517 @node Modes Tutorial, , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2518 @subsection Mode-Setting Commands
2519
2520 @noindent
2521 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2522 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2523 mode, namely algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2524 try some of the most common ones here.
2525
2526 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2527 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2528
2529 @smallexample
2530 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2531 @end smallexample
2532
2533 @noindent
2534 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2535 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2536 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2537 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2538 we get @cite{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2539 leading and trailing zeros.
2540
2541 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2542 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2543 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2544
2545 @group
2546 @smallexample
2547 1:  0.142857142857
2548 2:  0.142857142857142857142857142857
2549     .
2550 @end smallexample
2551 @end group
2552
2553 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2554 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2555 all, the true value @cite{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2556 Calc has to stop somewhere.
2557
2558 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2559 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2560
2561 Calculations always use the current precision.  For example, even
2562 though we have a 30-digit value for @cite{1/7} on the stack, if
2563 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2564 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2565 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2566 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2567 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2568
2569 @group
2570 @smallexample
2571 1:  0.142857142857
2572 2:  0.142857142857142857142857142857
2573 3:  1.14285714286
2574     .
2575 @end smallexample
2576 @end group
2577
2578 @noindent
2579 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2580 digit on the right from even the 12-digit value of @cite{1/7}.
2581
2582 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2583 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2584 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2585 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2586 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2587 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2588 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2589 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2590 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2591 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2592 arithmetic.
2593
2594 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2595 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2596 to convert an integer to floating-point form.
2597
2598 Let's try entering that last calculation:
2599
2600 @group
2601 @smallexample
2602 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2603     .          1:  10000          .
2604                    .
2605
2606   2.0 RET          10000 RET      ^
2607 @end smallexample
2608 @end group
2609
2610 @noindent
2611 @cindex Scientific notation, entry of
2612 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2613 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2614 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2615 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2616
2617 @group
2618 @smallexample
2619 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2620     .          1:  10000.         .
2621                    .
2622
2623   2.0 RET          1e4 RET        ^
2624 @end smallexample
2625 @end group
2626
2627 @cindex Round-off errors
2628 @noindent
2629 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2630 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2631 exact integer @cite{10000}, but in the second it contained
2632 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2633 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2634 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2635 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2636 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2637 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2638 out:
2639
2640 @group
2641 @smallexample
2642     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2643                    .          1:  10000.         .
2644                                   .
2645
2646  p 16 RET        2. RET           1e4            ^    p 12 RET
2647 @end smallexample
2648 @end group
2649
2650 @noindent
2651 @cindex Guard digits
2652 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2653 calculation using an integer or floating-point power, since we
2654 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2655 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2656 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2657 last place.
2658
2659 @cindex Guard digits
2660 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2661 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2662 In each case, Calc added about two digits of precision during
2663 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2664 afterward.  In one case, it was enough; in the other, it
2665 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2666 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2667
2668 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2669 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2670 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2671 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2672 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2673 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2674 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2675 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2676 onto the stack and try some different display modes.  First,
2677 use @kbd{M-0 DEL} to clear the stack, then enter the four
2678 numbers shown here:
2679
2680 @group
2681 @smallexample
2682 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2683 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2684 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2685 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2686     .              .              .              .              .
2687
2688    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2689 @end smallexample
2690 @end group
2691
2692 @noindent
2693 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2694 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2695 five significant figures reappeared.  The float format does not
2696 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2697 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2698 of numbers in the Calculator's memory.
2699
2700 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2701 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2702 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2703 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2704
2705 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2706 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2707 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2708 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2709 mode-changing command will appear in the new format.
2710
2711 @group
2712 @smallexample
2713 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2714 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2715 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2716 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2717     .              .              .              .              .
2718
2719     H d s          DEL U          TAB            d SPC          d n
2720 @end smallexample
2721 @end group
2722
2723 @noindent
2724 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2725 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2726 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2727 entries reformats both entries.  The @kbd{d SPC} command refreshes the
2728 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2729 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2730 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2731
2732 Notice that the integer @cite{12345} was not affected by any
2733 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2734 displayed exactly.
2735
2736 @cindex Large numbers, readability
2737 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2738 the result of @kbd{2^3^4}.
2739
2740 @example
2741 2417851639229258349412352
2742 @end example
2743
2744 @noindent
2745 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2746
2747 @example
2748 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2749 @end example
2750
2751 @noindent
2752 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2753 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2754 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2755
2756 @example
2757 24178,51639,22925,83494,12352
2758 @end example
2759
2760 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2761 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2762 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2763
2764 @example
2765 24,17851,63922.9258349412352
2766 @end example
2767
2768 @noindent
2769 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2770 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2771
2772 @example
2773 24,17851,63922.92583,49412,352
2774 @end example
2775
2776 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2777 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2778
2779 @example
2780 24 17851 63922.92583 49412 352
2781 @end example
2782
2783 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2784 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2785 restore the default precision.
2786
2787 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2788 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2789 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2790 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2791
2792 @example
2793 16#200000000000000000000
2794 @end example
2795
2796 @noindent
2797 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2798 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2799 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2800 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2801 form:
2802
2803 @example
2804 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2805 @end example
2806
2807 @noindent
2808 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2809 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2810 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2811 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2812 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2813 stack in a separate window.  (Press @kbd{M-# M-#} when you are done.)
2814
2815 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2816 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2817 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2818 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2819 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2820
2821 @example
2822 2#101,1111,1110
2823 @end example
2824
2825 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2826 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2827 other radix.
2828
2829 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2830
2831 @example
2832 1,534
2833 @end example
2834
2835 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2836 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2837 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2838 to integers, fractions, and floats.
2839
2840 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2841 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2842 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2843 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2844 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2845 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2846 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2847 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2848 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2849
2850 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2851 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2852 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2853 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2854 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2855 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2856 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2857 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2858
2859 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2860 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2861 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2862 the way they are actually computed.
2863
2864 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2865 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2866 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2867 angle is measured in degrees.  For example,
2868
2869 @group
2870 @smallexample
2871 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2872     .              .                    .                     .
2873
2874     45             S                    2 ^                   c 1
2875 @end smallexample
2876 @end group
2877
2878 @noindent
2879 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2880 of 45 degrees is @c{$\sqrt{2}/2$}
2881 @cite{sqrt(2)/2}; squaring this yields @cite{2/4 = 0.5}.
2882 However, there has been a slight roundoff error because the
2883 representation of @c{$\sqrt{2}/2$}
2884 @cite{sqrt(2)/2} wasn't exact.  The @kbd{c 1}
2885 command is a handy way to clean up numbers in this case; it
2886 temporarily reduces the precision by one digit while it
2887 re-rounds the number on the top of the stack.
2888
2889 @cindex Roundoff errors, examples
2890 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2891 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2892 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2893 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2894
2895 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2896 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2897 @c{$\pi\over4$}
2898 @cite{pi/4} radians.  To get @c{$\pi$}
2899 @cite{pi}, press the @kbd{P} key.  (Once
2900 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2901 @kbd{p} sets the precision.)
2902
2903 @group
2904 @smallexample
2905 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2906     .                   .                .
2907
2908     P                   4 /       m r    S
2909 @end smallexample
2910 @end group
2911
2912 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2913 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2914
2915 @group
2916 @smallexample
2917 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2918     .                    .                    .
2919
2920     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2921 @end smallexample
2922 @end group
2923
2924 @noindent
2925 Here we compute the Inverse Sine of @c{$\sqrt{0.5}$}
2926 @cite{sqrt(0.5)}, first in
2927 radians, then in degrees.
2928
2929 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2930 and vice-versa.
2931
2932 @group
2933 @smallexample
2934 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2935     .              .                      .
2936
2937     45             c r                    c d
2938 @end smallexample
2939 @end group
2940
2941 Another interesting mode is @dfn{fraction mode}.  Normally,
2942 dividing two integers produces a floating-point result if the
2943 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2944 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2945 number, instead.
2946
2947 @group
2948 @smallexample
2949 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2950 1:  9              .                    .
2951     .
2952
2953  12 RET 9          /          m f       U /      m f
2954 @end smallexample
2955 @end group
2956
2957 @noindent
2958 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2959 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
2960
2961 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
2962 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
2963 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
2964 elements.)  Calculations involving fractions will always
2965 produce exact fractional results; fraction mode only says
2966 what to do when dividing two integers.
2967
2968 @cindex Fractions vs. floats
2969 @cindex Floats vs. fractions
2970 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
2971 why would you ever use floating-point numbers instead?
2972 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
2973
2974 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
2975 In the above example, we had to Undo the division and do it over
2976 again when we changed to fraction mode.  But if you use the
2977 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
2978 recompute for you.
2979
2980 @group
2981 @smallexample
2982 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
2983     .                              .                      .
2984
2985    ' 12/9 => RET                   p 4 RET                m f
2986 @end smallexample
2987 @end group
2988
2989 @noindent
2990 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
2991 on the stack is recomputed when we change the precision, then
2992 again when we change to fraction mode.  All @samp{=>} expressions
2993 on the stack are recomputed every time you change any mode that
2994 might affect their values.
2995
2996 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
2997 @section Arithmetic Tutorial
2998
2999 @noindent
3000 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
3001 available in the Calculator.
3002
3003 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
3004 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
3005 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
3006 change-sign and reciprocal operations, respectively.
3007
3008 @group
3009 @smallexample
3010 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
3011     .              .              .              .              .
3012
3013     5              &              &              n              n
3014 @end smallexample
3015 @end group
3016
3017 @cindex Binary operators
3018 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
3019 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
3020 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
3021 a negative prefix.
3022
3023 @group
3024 @smallexample
3025 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
3026 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
3027 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
3028     .                             .          1:  10             .
3029                                                  .
3030
3031 2 RET 3 RET 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
3032 @end smallexample
3033 @end group
3034
3035 @cindex Unary operators
3036 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
3037 stack entries with a numeric prefix, too.
3038
3039 @group
3040 @smallexample
3041 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
3042 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
3043 1:  4          1:  0.25               1:  4.
3044     .              .                      .
3045
3046 2 RET 3 RET 4      M-3 &                  M-2 &
3047 @end smallexample
3048 @end group
3049
3050 Notice that the results here are left in floating-point form.
3051 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
3052 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
3053 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
3054 integer.
3055
3056 @group
3057 @smallexample
3058 7:  2.         7:  2          7:  2
3059 6:  2.4        6:  2          6:  2
3060 5:  2.5        5:  2          5:  3
3061 4:  2.6        4:  2          4:  3
3062 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
3063 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
3064 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
3065     .              .              .
3066
3067                   M-7 F        U M-7 R
3068 @end smallexample
3069 @end group
3070
3071 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
3072 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
3073 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
3074 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
3075 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
3076
3077 @group
3078 @smallexample
3079 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
3080 1:  100            .          1:  100            .
3081     .                             .
3082
3083 1234 RET 100       \              U              %
3084 @end smallexample
3085 @end group
3086
3087 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
3088
3089 @group
3090 @smallexample
3091 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
3092 1:  1              .          1:  1              .
3093     .                             .
3094
3095 3.1415 RET 1       \              U              %
3096 @end smallexample
3097 @end group
3098
3099 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
3100 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
3101 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
3102 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
3103 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
3104
3105 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
3106 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
3107 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@cite{e^x}) and @kbd{L} (natural
3108 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
3109 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
3110
3111 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
3112 identity @c{$\sin^2x + \cos^2x = 1$}
3113 @cite{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.  We'll
3114 arbitrarily pick @i{-64} degrees as a good value for @cite{x}.  With
3115 the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
3116
3117 @group
3118 @smallexample
3119 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
3120 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
3121     .              .              .              .
3122
3123  64 n RET RET      S              TAB            C              f h
3124 @end smallexample
3125 @end group
3126
3127 @noindent
3128 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
3129 You can of course do these calculations to any precision you like.)
3130
3131 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
3132 of squares, command.
3133
3134 Another identity is @c{$\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}$}
3135 @cite{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
3136 @group
3137 @smallexample
3138
3139 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
3140 1:  0.43837        .              .
3141     .
3142
3143     U              /              I T
3144 @end smallexample
3145 @end group
3146
3147 A physical interpretation of this calculation is that if you move
3148 @cite{0.89879} units downward and @cite{0.43837} units to the right,
3149 your direction of motion is @i{-64} degrees from horizontal.  Suppose
3150 we move in the opposite direction, up and to the left:
3151
3152 @group
3153 @smallexample
3154 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
3155 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
3156     .              .
3157
3158     U U            M-2 n          /              I T
3159 @end smallexample
3160 @end group
3161
3162 @noindent
3163 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
3164 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
3165 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
3166 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
3167 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
3168 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
3169 to give you a full 360-degree answer.
3170
3171 @group
3172 @smallexample
3173 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
3174 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
3175     .                         1:  0.43837        .
3176                                   .
3177
3178     U U            f T         M-RET M-2 n       f T            -
3179 @end smallexample
3180 @end group
3181
3182 @noindent
3183 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
3184 point in opposite directions, just as we would expect.
3185
3186 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
3187 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
3188 restores the arguments of the last command to the stack without removing
3189 the command's result.  It is useful in situations like this one,
3190 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
3191 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
3192 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
3193 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
3194
3195 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
3196 except that it is the @emph{difference}
3197 @c{$\cosh^2x - \sinh^2x$}
3198 @cite{cosh(x)^2 - sinh(x)^2} that always equals one.
3199 Let's try to verify this identity.@refill
3200
3201 @group
3202 @smallexample
3203 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
3204 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
3205     .              .              .              .              .
3206
3207  64 n RET RET      H C            2 ^            TAB            H S 2 ^
3208 @end smallexample
3209 @end group
3210
3211 @noindent
3212 @cindex Roundoff errors, examples
3213 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
3214 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
3215 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
3216 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
3217 error.
3218
3219 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
3220 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
3221 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
3222 0.99999, reasonably close to 1.
3223
3224 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
3225 a more reasonable value for @cite{x}!
3226
3227 @cindex Common logarithm
3228 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
3229 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
3230 @cite{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
3231 prefix.
3232
3233 @group
3234 @smallexample
3235 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
3236     .              .              .              .
3237
3238     1000           L              U              H L
3239 @end smallexample
3240 @end group
3241
3242 @noindent
3243 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
3244 and compute a common logarithm instead.
3245
3246 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
3247 value of @var{b}.
3248
3249 @group
3250 @smallexample
3251 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
3252 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
3253     .                                            .
3254
3255  1000 RET 10       B              H E            H P            B
3256 @end smallexample
3257 @end group
3258
3259 @noindent
3260 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
3261 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
3262 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
3263 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @cite{e}
3264 onto the stack.
3265
3266 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
3267 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
3268 an exact rational result for calculations involving rational numbers
3269 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
3270 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
3271 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
3272 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
3273 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
3274 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
3275 probably wanted was @samp{1e1000}.
3276
3277 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
3278 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
3279 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
3280
3281 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
3282 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
3283 which computes the product of all the integers up to a given number.
3284
3285 @group
3286 @smallexample
3287 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
3288     .              .                     .              .
3289
3290     100            !                     U c f          !
3291 @end smallexample
3292 @end group
3293
3294 @noindent
3295 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
3296 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
3297 of a floating-point number, you get a floating-point result
3298 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
3299 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
3300 in this case).
3301
3302 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
3303 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
3304 @c{$\Gamma(n)$}
3305 @cite{gamma(n)}
3306 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
3307
3308 @group
3309 @smallexample
3310 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
3311 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
3312 1:  5.         1:  120.
3313     .              .
3314
3315                    M-3 !              M-0 DEL 5.5       f g
3316 @end smallexample
3317 @end group
3318
3319 @noindent
3320 Here we verify the identity @c{$n! = \Gamma(n+1)$}
3321 @cite{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
3322
3323 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}@c{ or $\displaystyle {n \choose m}$}
3324 @asis{} is defined by
3325 @c{$\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}$}
3326 @cite{n!@: / m!@: (n-m)!} for all reals @cite{n} and
3327 @cite{m}.  The intermediate results in this formula can become quite
3328 large even if the final result is small; the @kbd{k c} command computes
3329 a binomial coefficient in a way that avoids large intermediate
3330 values.
3331
3332 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
3333 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
3334 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
3335
3336 @group
3337 @smallexample
3338 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
3339 1:  20             .              .
3340     .
3341
3342  30 RET 20         k c            k f
3343 @end smallexample
3344 @end group
3345
3346 @noindent
3347 You can verify these prime factors by using @kbd{v u} to ``unpack''
3348 this vector into 8 separate stack entries, then @kbd{M-8 *} to
3349 multiply them back together.  The result is the original number,
3350 30045015.
3351
3352 @cindex Hash tables
3353 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3354 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3355 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3356
3357 @group
3358 @smallexample
3359 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3360     .              .              .
3361
3362     10000          k n            I k n
3363 @end smallexample
3364 @end group
3365
3366 @noindent
3367 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3368 10000.
3369
3370 @c [fix-ref Financial Functions]
3371 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3372 commands that deal with business and financial calculations (functions
3373 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3374
3375 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3376 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3377 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3378
3379 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3380 @section Vector/Matrix Tutorial
3381
3382 @noindent
3383 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3384 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3385 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3386 a vector as a list of objects.
3387
3388 @menu
3389 * Vector Analysis Tutorial::
3390 * Matrix Tutorial::
3391 * List Tutorial::
3392 @end menu
3393
3394 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3395 @subsection Vector Analysis
3396
3397 @noindent
3398 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3399 elements, taken pairwise.
3400
3401 @group
3402 @smallexample
3403 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3404     .             1:  [7, 6, 0]         .
3405                       .
3406
3407     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3408 @end smallexample
3409 @end group
3410
3411 @noindent
3412 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3413 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3414 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3415 vectors so we can easily reuse them later.
3416
3417 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3418 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3419 of the vectors.
3420
3421 @group
3422 @smallexample
3423 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3424 1:  [7, 6, 0]         .
3425     .
3426
3427     r 1 r 2           *
3428 @end smallexample
3429 @end group
3430
3431 @cindex Dot product
3432 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3433 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3434 is interpreted as a line from the origin @cite{(0,0,0)} to the
3435 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3436 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3437 vector.
3438
3439 @group
3440 @smallexample
3441 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3442 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3443 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3444     .                 .
3445
3446     M-RET             M-2 A          * /             I C
3447 @end smallexample
3448 @end group
3449
3450 @noindent
3451 First we recall the arguments to the dot product command, then
3452 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3453 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3454 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3455 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3456 is about 56 degrees.
3457
3458 @cindex Cross product
3459 @cindex Perpendicular vectors
3460 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3461 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3462 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3463 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3464 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3465 our computation of the angle using the cross product.
3466
3467 @group
3468 @smallexample
3469 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3470 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3471     .          1:  [7, 6, 0]
3472                    .
3473
3474     r 1 r 2        V C  s 3  M-RET    M-2 A * /                 A I S
3475 @end smallexample
3476 @end group
3477
3478 @noindent
3479 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3480 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3481 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3482 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3483
3484 @c [fix-ref General Mode Commands]
3485 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3486 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3487 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3488 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3489 prefix keys have this property.)
3490
3491 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3492 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3493 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3494
3495 @group
3496 @smallexample
3497 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3498 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3499     .                                 .
3500
3501     r 1 r 3            *          DEL r 2 r 3            *
3502 @end smallexample
3503 @end group
3504
3505 @cindex Normalizing a vector
3506 @cindex Unit vectors
3507 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3508 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3509 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3510 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3511
3512 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3513 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3514 those positions in the form of a vector, and another list of the
3515 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3516 Find the average position of the particle.
3517 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3518
3519 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3520 @subsection Matrices
3521
3522 @noindent
3523 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3524 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3525 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3526 both methods here:
3527
3528 @group
3529 @smallexample
3530 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3531       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3532     .                             .
3533
3534   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] RET
3535 @end smallexample
3536 @end group
3537
3538 @noindent
3539 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3540
3541 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3542 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3543 the second example.
3544
3545 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3546 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3547 Row @cite{i}, column @cite{j} of the result is effectively the
3548 dot product of row @cite{i} of the left matrix by column @cite{j}
3549 of the right matrix.
3550
3551 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3552 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3553
3554 @group
3555 @smallexample
3556 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3557       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3558     .
3559
3560     RET *
3561 @end smallexample
3562 @end group
3563
3564 @noindent
3565 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3566 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3567 been left in symbolic form.
3568
3569 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3570
3571 @group
3572 @smallexample
3573 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3574       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3575 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3576       [ 2, 5 ]                                    .
3577       [ 3, 6 ] ]
3578     .
3579
3580     U v t                   *                     U TAB *
3581 @end smallexample
3582 @end group
3583
3584 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3585 order of the operands can even change the dimensions of the result
3586 matrix, as happened here!
3587
3588 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3589 single row or column depending on which side of the matrix it is
3590 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3591 as a row or column as appropriate.
3592
3593 @group
3594 @smallexample
3595 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3596       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3597 1:  [1, 2, 3]
3598     .
3599
3600     r 4 r 1                *
3601 @end smallexample
3602 @end group
3603
3604 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3605 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3606 vector.
3607
3608 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3609 of the above @c{$2\times3$}
3610 @asis{2x3} matrix to get @cite{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to
3611 sum along the columns to get @cite{[5, 7, 9]}.
3612 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3613
3614 @cindex Identity matrix
3615 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3616 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3617 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3618 the original matrix.
3619
3620 @group
3621 @smallexample
3622 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3623       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3624     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3625                              [ 0, 1, 0 ]
3626                              [ 0, 0, 1 ] ]
3627                            .
3628
3629     r 4                    v i 3 RET              *
3630 @end smallexample
3631 @end group
3632
3633 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3634 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3635 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3636 inverse of a matrix.
3637
3638 @group
3639 @smallexample
3640 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3641       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3642       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3643     .                      .
3644
3645     r 4 r 2 |  s 5         &
3646 @end smallexample
3647 @end group
3648
3649 @noindent
3650 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3651 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3652 our matrix to make it square.
3653
3654 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3655
3656 @group
3657 @smallexample
3658 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3659       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3660       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3661     .                         .
3662
3663     M-RET  *                  U TAB *
3664 @end smallexample
3665 @end group
3666
3667 @cindex Systems of linear equations
3668 @cindex Linear equations, systems of
3669 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3670 Suppose we had the following set of equations:
3671
3672 @ifnottex
3673 @group
3674 @example
3675     a + 2b + 3c = 6
3676    4a + 5b + 6c = 2
3677    7a + 6b      = 3
3678 @end example
3679 @end group
3680 @end ifnottex
3681 @tex
3682 \turnoffactive
3683 \beforedisplayh
3684 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3685 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3686    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3687    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3688    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3689   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3690  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3691  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3692 $$
3693 \afterdisplayh
3694 @end tex
3695
3696 @noindent
3697 This can be cast into the matrix equation,
3698
3699 @ifnottex
3700 @group
3701 @example
3702    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3703      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3704      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3705 @end example
3706 @end group
3707 @end ifnottex
3708 @tex
3709 \turnoffactive
3710 \beforedisplay
3711 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3712    \times
3713    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3714 $$
3715 \afterdisplay
3716 @end tex
3717
3718 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3719 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3720
3721 @group
3722 @smallexample
3723 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3724 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3725       [ 4, 5, 6 ]
3726       [ 7, 6, 0 ] ]
3727     .
3728
3729     [6,2,3] r 5            /
3730 @end smallexample
3731 @end group
3732
3733 @noindent
3734 The result is the @cite{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3735 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3736 inverse.)
3737
3738 Let's verify this solution:
3739
3740 @group
3741 @smallexample
3742 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3743       [ 4, 5, 6 ]                    .
3744       [ 7, 6, 0 ] ]
3745 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3746     .
3747
3748     r 5  TAB                         *
3749 @end smallexample
3750 @end group
3751
3752 @noindent
3753 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3754 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3755 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3756 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3757 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3758 vectors, use explicit @c{$N\times1$}
3759 @asis{Nx1} or @c{$1\times N$}
3760 @asis{1xN} matrices instead.
3761 In this case, you would enter the original column vector as
3762 @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3763
3764 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3765 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3766 system of equations to get expressions for @cite{x} and @cite{y}
3767 in terms of @cite{a} and @cite{b}.
3768
3769 @ifnottex
3770 @group
3771 @example
3772    x + a y = 6
3773    x + b y = 10
3774 @end example
3775 @end group
3776 @end ifnottex
3777 @tex
3778 \turnoffactive
3779 \beforedisplay
3780 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3781              x &+ b y = 10}
3782 $$
3783 \afterdisplay
3784 @end tex
3785
3786 @noindent
3787 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3788
3789 @cindex Least-squares for over-determined systems
3790 @cindex Over-determined systems of equations
3791 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3792 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3793 there are no values for the variables that will satisfy all the
3794 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3795 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3796 you can't solve @cite{A X = B} directly because the matrix @cite{A}
3797 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3798 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3799 on the left by the transpose of @cite{A}:
3800 @ifnottex
3801 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3802 @end ifnottex
3803 @tex
3804 \turnoffactive
3805 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3806 @end tex
3807 Now @c{$A^T A$}
3808 @cite{trn(A)*A} is a square matrix so a solution is possible.  It
3809 turns out that the @cite{X} vector you compute in this way will be a
3810 ``least-squares'' solution, which can be regarded as the ``closest''
3811 solution to the set of equations.  Use Calc to solve the following
3812 over-determined system:@refill
3813
3814 @ifnottex
3815 @group
3816 @example
3817     a + 2b + 3c = 6
3818    4a + 5b + 6c = 2
3819    7a + 6b      = 3
3820    2a + 4b + 6c = 11
3821 @end example
3822 @end group
3823 @end ifnottex
3824 @tex
3825 \turnoffactive
3826 \beforedisplayh
3827 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3828 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3829    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3830    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3831    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3832   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3833  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3834  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3835  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3836 $$
3837 \afterdisplayh
3838 @end tex
3839
3840 @noindent
3841 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3842
3843 @node List Tutorial, , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3844 @subsection Vectors as Lists
3845
3846 @noindent
3847 @cindex Lists
3848 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3849 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3850 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3851 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3852 number.
3853
3854 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3855
3856 @group
3857 @smallexample
3858 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3859 2:  20             .                2:  20
3860 1:  30                              1:  30
3861     .                                   .
3862
3863                    M-3 v p              v u
3864 @end smallexample
3865 @end group
3866
3867 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3868 of many copies of a given value:
3869
3870 @group
3871 @smallexample
3872 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3873     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3874                         .                   .
3875
3876     v x 4 RET           17                  v b 4 RET
3877 @end smallexample
3878 @end group
3879
3880 You can apply an operator to every element of a vector using the
3881 @dfn{map} command.
3882
3883 @group
3884 @smallexample
3885 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3886     .                      .                            .
3887
3888     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3889 @end smallexample
3890 @end group
3891
3892 @noindent
3893 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3894 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3895 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3896 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3897 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3898 of each element.
3899
3900 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3901 from @c{$2^{-4}$}
3902 @cite{2^-4} to @cite{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3903
3904 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3905 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3906 elements in the vector:
3907
3908 @group
3909 @smallexample
3910 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3911     .              .                           .
3912
3913     123123         k f                         V R *
3914 @end smallexample
3915 @end group
3916
3917 @noindent
3918 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3919 multiply those factors together again to yield the original number.
3920
3921 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3922 reduction:
3923
3924 @group
3925 @smallexample
3926 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3927 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3928     .
3929
3930     r 1 r 2           V M *              V R +
3931 @end smallexample
3932 @end group
3933
3934 @noindent
3935 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3936 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3937 for the dot product as before.
3938
3939 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3940 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3941 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3942
3943 @group
3944 @smallexample
3945 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3946     .                         .
3947
3948     v x 6 RET                 V U *
3949 @end smallexample
3950 @end group
3951
3952 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
3953 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
3954 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
3955 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
3956 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
3957 vector size).
3958
3959 @group
3960 @smallexample
3961 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
3962     .                         .
3963
3964     v x 500 RET               1 V M +
3965 @end smallexample
3966 @end group
3967
3968 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
3969 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
3970 ``abbreviated'' like this:
3971
3972 @group
3973 @smallexample
3974 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
3975     .                         .
3976
3977     v x 500 RET               1 V M +
3978 @end smallexample
3979 @end group
3980
3981 @noindent
3982 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
3983 You will find both operations are now much faster.  But notice that
3984 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
3985 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
3986 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
3987 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
3988 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
3989
3990 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
3991 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
3992 with the full, unabbreviated value.
3993
3994 @cindex Least-squares for fitting a straight line
3995 @cindex Fitting data to a line
3996 @cindex Line, fitting data to
3997 @cindex Data, extracting from buffers
3998 @cindex Columns of data, extracting
3999 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
4000 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
4001 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
4002 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
4003 of values in a file we have loaded into Emacs:
4004
4005 @smallexample
4006   x        y
4007  ---      ---
4008  1.34    0.234
4009  1.41    0.298
4010  1.49    0.402
4011  1.56    0.412
4012  1.64    0.466
4013  1.73    0.473
4014  1.82    0.601
4015  1.91    0.519
4016  2.01    0.603
4017  2.11    0.637
4018  2.22    0.645
4019  2.33    0.705
4020  2.45    0.917
4021  2.58    1.009
4022  2.71    0.971
4023  2.85    1.062
4024  3.00    1.148
4025  3.15    1.157
4026  3.32    1.354
4027 @end smallexample
4028
4029 @noindent
4030 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
4031 easiest to press @kbd{M-# i} to enter the on-line Info version of
4032 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
4033 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
4034
4035 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
4036 to the left of the @cite{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
4037 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-SPC}, or @kbd{NUL}.)
4038 Now position the cursor to the lower-right, just after the @cite{1.354}.
4039 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
4040 in the Info buffer, type @kbd{M-# r}.  This command
4041 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
4042 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.@refill
4043
4044 @group
4045 @smallexample
4046 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
4047       [ 1.41, 0.298 ]
4048       @dots{}
4049 @end smallexample
4050 @end group
4051
4052 @noindent
4053 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
4054 large matrix.)
4055
4056 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
4057 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
4058 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
4059 of row vectors on the stack.
4060
4061 @group
4062 @smallexample
4063 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4064       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
4065     .                                      .
4066
4067     v t                                    v u
4068 @end smallexample
4069 @end group
4070
4071 @noindent
4072 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
4073
4074 @group
4075 @smallexample
4076 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
4077     .
4078
4079     t 2                             t 1
4080 @end smallexample
4081 @end group
4082
4083 @noindent
4084 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
4085 stored value from the stack.)
4086
4087 In a least squares fit, the slope @cite{m} is given by the formula
4088
4089 @ifnottex
4090 @example
4091 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
4092 @end example
4093 @end ifnottex
4094 @tex
4095 \turnoffactive
4096 \beforedisplay
4097 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
4098         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
4099 \afterdisplay
4100 @end tex
4101
4102 @noindent
4103 where @c{$\sum x$}
4104 @cite{sum(x)} represents the sum of all the values of @cite{x}.
4105 While there is an actual @code{sum} function in Calc, it's easier to
4106 sum a vector using a simple reduction.  First, let's compute the four
4107 different sums that this formula uses.
4108
4109 @group
4110 @smallexample
4111 1:  41.63                 1:  98.0003
4112     .                         .
4113
4114  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
4115
4116 @end smallexample
4117 @end group
4118 @noindent
4119 @group
4120 @smallexample
4121 1:  13.613                1:  33.36554
4122     .                         .
4123
4124  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
4125 @end smallexample
4126 @end group
4127
4128 @ifnottex
4129 @noindent
4130 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
4131 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
4132 @samp{sum(x y)}.)
4133 @end ifnottex
4134 @tex
4135 \turnoffactive
4136 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
4137 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
4138 $\sum x y$.)
4139 @end tex
4140
4141 Finally, we also need @cite{N}, the number of data points.  This is just
4142 the length of either of our lists.
4143
4144 @group
4145 @smallexample
4146 1:  19
4147     .
4148
4149  r 1 v l   t 7
4150 @end smallexample
4151 @end group
4152
4153 @noindent
4154 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
4155
4156 Now we grind through the formula:
4157
4158 @group
4159 @smallexample
4160 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
4161     .          1:  566.70919      .
4162                    .
4163
4164  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
4165
4166 @end smallexample
4167 @end group
4168 @noindent
4169 @group
4170 @smallexample
4171 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
4172 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
4173     .          1:  1733.0569      .
4174                    .
4175
4176  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
4177 @end smallexample
4178 @end group
4179
4180 That gives us the slope @cite{m}.  The y-intercept @cite{b} can now
4181 be found with the simple formula,
4182
4183 @ifnottex
4184 @example
4185 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
4186 @end example
4187 @end ifnottex
4188 @tex
4189 \turnoffactive
4190 \beforedisplay
4191 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
4192 \afterdisplay
4193 \vskip10pt
4194 @end tex
4195
4196 @group
4197 @smallexample
4198 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
4199     .          1:  21.70658       .              .
4200                    .
4201
4202    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
4203 @end smallexample
4204 @end group
4205
4206 Let's ``plot'' this straight line approximation, @c{$y \approx m x + b$}
4207 @cite{m x + b}, and compare it with the original data.@refill
4208
4209 @group
4210 @smallexample
4211 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
4212     .                           .
4213
4214     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
4215 @end smallexample
4216 @end group
4217
4218 @noindent
4219 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
4220 to a vector, can be done without mapping commands since these are
4221 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
4222 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
4223
4224 We can subtract this vector from our original @cite{y} vector to get
4225 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
4226
4227 @group
4228 @smallexample
4229 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
4230     .                            .                            .
4231
4232     r 2 -                        V M A                        V R X
4233 @end smallexample
4234 @end group
4235
4236 @noindent
4237 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
4238 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
4239 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
4240 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
4241 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
4242 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
4243 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
4244 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
4245 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
4246
4247 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
4248 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
4249 GNUPLOT 3.0, the following instructions will work regardless of the
4250 kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
4251 may require additional steps to view the graphs.)
4252
4253 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@i{x}'' and ``@i{y}''
4254 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
4255 command does everything you need to do for simple, straightforward
4256 plotting of data.
4257
4258 @group
4259 @smallexample
4260 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4261 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
4262     .
4263
4264     r 1 r 2    g f
4265 @end smallexample
4266 @end group
4267
4268 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
4269 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
4270 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
4271 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
4272 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
4273 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
4274
4275 Next, let's add the line we got from our least-squares fit:
4276
4277 @group
4278 @smallexample
4279 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4280 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
4281     .
4282
4283     DEL r 0    g a  g p
4284 @end smallexample
4285 @end group
4286
4287 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
4288 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
4289 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
4290
4291 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
4292 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
4293 points are really 19 equations of the form @cite{y_i = m x_i + b} for
4294 different pairs of @cite{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
4295 to solve for @cite{m} and @cite{b}, duplicating the above result.
4296 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
4297
4298 @cindex Geometric mean
4299 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
4300 rectangle, you can use @w{@kbd{M-# g}} (@code{calc-grab-region})
4301 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
4302 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
4303 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
4304 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
4305
4306 @example
4307 2.3  6  22  15.1  7
4308   15  14  7.5
4309   2.5
4310 @end example
4311
4312 @noindent
4313 The @kbd{M-# g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
4314 with or without surrounding vector brackets.
4315 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
4316
4317 @ifnottex
4318 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4319 us that the alternating sum of binomial coefficients
4320 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
4321 on up to @var{n}-choose-@var{n},
4322 always comes out to zero.  Let's verify this
4323 for @cite{n=6}.@refill
4324 @end ifnottex
4325 @tex
4326 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4327 us that the alternating sum of binomial coefficients
4328 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
4329 always comes out to zero.  Let's verify this
4330 for \cite{n=6}.
4331 @end tex
4332
4333 @group
4334 @smallexample
4335 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4336     .                             .
4337
4338     v x 7 RET                     1 -
4339
4340 @end smallexample
4341 @end group
4342 @noindent
4343 @group
4344 @smallexample
4345 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4346     .                                        .
4347
4348     V M ' (-1)^$ choose(6,$) RET             V R +
4349 @end smallexample
4350 @end group
4351
4352 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4353 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4354 inside this expression represents the argument to the function.
4355 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4356 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4357
4358 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4359 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ RET} is
4360 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4361 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4362 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ RET}
4363 would act exactly like @kbd{-}.
4364
4365 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4366 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4367 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4368 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4369 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4370 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4371 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4372 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4373 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4374 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4375 property that a nameless function is not actually evaluated until
4376 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4377 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4378 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4379 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4380
4381 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4382 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4383 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4384 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4385
4386 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4387 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4388 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4389 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4390 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4391 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4392
4393 @cindex Divisor functions
4394 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @cite{k}th @dfn{divisor function}
4395 @tex
4396 $\sigma_k(n)$
4397 @end tex
4398 is the sum of the @cite{k}th powers of all the divisors of an
4399 integer @cite{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4400 function for reasonably small values of @cite{n}.  As a test,
4401 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4402 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4403
4404 @cindex Square-free numbers
4405 @cindex Duplicate values in a list
4406 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4407 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4408 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4409 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4410 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4411 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4412 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4413
4414 @cindex Triangular lists
4415 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4416 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4417 command to enable multi-line display of vectors.)
4418
4419 @group
4420 @smallexample
4421 1:  [ [1],
4422       [1, 2],
4423       [1, 2, 3],
4424       [1, 2, 3, 4],
4425       [1, 2, 3, 4, 5],
4426       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4427 @end smallexample
4428 @end group
4429
4430 @noindent
4431 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4432
4433 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4434
4435 @group
4436 @smallexample
4437 1:  [ [0],
4438       [1, 2],
4439       [3, 4, 5],
4440       [6, 7, 8, 9],
4441       [10, 11, 12, 13, 14],
4442       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4443 @end smallexample
4444 @end group
4445
4446 @noindent
4447 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4448
4449 @cindex Maximizing a function over a list of values
4450 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4451 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4452 @c{$J_1(x)$}
4453 @cite{J1} function @samp{besJ(1,x)} for @cite{x} from 0 to 5
4454 in steps of 0.25.
4455 Find the value of @cite{x} (from among the above set of values) for
4456 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4457 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4458 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4459 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4460 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})@refill
4461
4462 @cindex Digits, vectors of
4463 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4464 @c{$0 \le N < 10^m$}
4465 @cite{0 <= N < 10^m} for @cite{m=12} (i.e., an integer of less than
4466 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @cite{m}
4467 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4468 add one to this integer to produce a vector of @cite{m+1} digits
4469 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4470 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4471 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4472
4473 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4474 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4475 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4476
4477 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4478 is @c{$\pi$}
4479 @cite{pi}.  The area of the @c{$2\times2$}
4480 @asis{2x2} square that encloses that
4481 circle is 4.  So if we throw @i{N} darts at random points in the square,
4482 about @c{$\pi/4$}
4483 @cite{pi/4} of them will land inside the circle.  This gives us
4484 an entertaining way to estimate the value of @c{$\pi$}
4485 @cite{pi}.  The @w{@kbd{k r}}
4486 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4487 We could get a random floating-point number between @i{-1} and 1 by typing
4488 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @cite{(x,y)} points in
4489 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4490 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4491 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4492
4493 @cindex Matchstick problem
4494 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4495 another way to calculate @c{$\pi$}
4496 @cite{pi}.  Say you have an infinite field
4497 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4498 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4499 a line turns out to be @c{$2/\pi$}
4500 @cite{2/pi}.  Toss 100 matchsticks to estimate
4501 @c{$\pi$}
4502 @cite{pi}.  (If you want still more fun, the probability that the GCD
4503 (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is one turns out to be @c{$6/\pi^2$}
4504 @cite{6/pi^2}.
4505 That provides yet another way to estimate @c{$\pi$}
4506 @cite{pi}.)
4507 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4508
4509 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4510 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4511 (ASCII) codes of the characters (here, @cite{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4512 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4513 which is just an integer that represents the value of that string.
4514 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4515 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4516 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4517 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4518 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4519 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4520 One popular hash function is computed as follows:  First set @cite{h = 0}.
4521 Then, for each character from the string in turn, set @cite{h = 3h + c_i}
4522 where @cite{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4523 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4524 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4525 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4526 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4527
4528 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4529 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4530 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4531 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4532 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4533 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4534 @cite{(0,0)}; then take one step a random distance between @i{-1} and 1
4535 in both @cite{x} and @cite{y}; then take another step, and so on.  Use the
4536 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4537 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4538 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4539 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4540
4541 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4542 @section Types Tutorial
4543
4544 @noindent
4545 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4546 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4547
4548 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4549 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4550 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4551 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4552 which can exactly represent any rational number.
4553
4554 @group
4555 @smallexample
4556 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4557     .          1:  49             .              .              .
4558                    .
4559
4560     10 !           49 RET         :              2 +            &
4561 @end smallexample
4562 @end group
4563
4564 @noindent
4565 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4566 would normally divide integers to get a floating-point result.
4567 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4568 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4569 fraction beginning with 49.
4570
4571 You can convert between floating-point and fractional format using
4572 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4573
4574 @group
4575 @smallexample
4576 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4577     .                       .
4578
4579     c f                     c F
4580 @end smallexample
4581 @end group
4582
4583 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4584 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4585 same, to within the current precision.
4586
4587 @group
4588 @smallexample
4589 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4590     .                   .                    .            .
4591
4592     P                   c F      DEL       p 5 RET P      c F
4593 @end smallexample
4594 @end group
4595
4596 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4597 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4598 product of @c{$\pi$}
4599 @cite{pi} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4600 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4601
4602 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4603
4604 @group
4605 @smallexample
4606 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4607     .          .             .              .              .
4608
4609     9 n        Q             c p            2 *            Q
4610 @end smallexample
4611 @end group
4612
4613 @noindent
4614 The square root of @i{-9} is by default rendered in rectangular form
4615 (@w{@cite{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4616 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4617 operations are defined on both types of complex numbers.
4618
4619 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4620 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4621 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4622 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4623 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4624 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4625 algebraic entry.
4626
4627 @group
4628 @smallexample
4629 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4630 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4631     .              .              .              .
4632
4633 ' inf RET 17 n     *  RET         72 +           A              +
4634 @end smallexample
4635 @end group
4636
4637 @noindent
4638 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4639 number (like @i{-17}) has no effect, except that since @i{-17}
4640 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4641 (``A huge positive number, multiplied by @i{-17}, yields a huge
4642 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4643 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4644 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4645 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4646 the answer to be @i{-72} for this.  But the 72 has been completely
4647 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4648 the finite difference between them, if any, is indetectable.
4649 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4650 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4651
4652 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4653 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4654 to turn on ``infinite mode.''
4655
4656 @group
4657 @smallexample
4658 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4659 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4660 1:  0              .              .              .
4661     .
4662
4663   1 RET 0          /       m i    U /            17 n *         +
4664 @end smallexample
4665 @end group
4666
4667 @noindent
4668 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4669 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4670 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4671 @cite{1 / x} around @w{@cite{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4672 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4673 infinity as you approach from below.  Since we said only @cite{1 / 0},
4674 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4675 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4676 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4677 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4678 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4679 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4680 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4681 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4682 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4683 that matter, with anything else.
4684
4685 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4686 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4687 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4688 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4689 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4690
4691 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4692 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4693 a complex number?  Can it stand for infinity?
4694 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4695
4696 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4697 seconds.
4698
4699 @group
4700 @smallexample
4701 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4702     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4703                                         .
4704
4705   2@@ 30' RET          1 +               RET 2 /           /
4706 @end smallexample
4707 @end group
4708
4709 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4710 seconds.
4711
4712 @group
4713 @smallexample
4714 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4715     .              .              .                     .
4716
4717     0.5            I T            c h                   S
4718 @end smallexample
4719 @end group
4720
4721 @noindent
4722 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4723 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4724 functions will accept HMS forms directly as input.
4725
4726 @cindex Beatles
4727 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4728 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4729 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4730 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4731 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4732
4733 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4734 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4735 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4736
4737 @group
4738 @smallexample
4739 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4740 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4741     .
4742
4743 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> RET           -
4744 @end smallexample
4745 @end group
4746
4747 @noindent
4748 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4749 number of days between them.  It is also possible to add an
4750 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4751 date form.
4752
4753 @group
4754 @smallexample
4755 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4756     .                                    .
4757
4758     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4759 @end smallexample
4760 @end group
4761
4762 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4763 @noindent
4764 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4765 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4766 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4767 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4768 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4769 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4770
4771 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4772 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4773
4774 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4775 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4776
4777 @cindex Slope and angle of a line
4778 @cindex Angle and slope of a line
4779 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4780 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4781 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4782 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4783 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4784 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4785
4786 @group
4787 @smallexample
4788 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4789     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4790                      .
4791
4792     8 p .2 RET       30 p 1          /                     I T
4793 @end smallexample
4794 @end group
4795
4796 @noindent
4797 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4798 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4799 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4800
4801 @cindex Torus, volume of
4802 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4803 @c{$2 \pi^2 R r^2$}
4804 @w{@cite{2 pi^2 R r^2}} where @cite{R} is the radius of the circle that
4805 defines the center of the tube and @cite{r} is the radius of the tube
4806 itself.  Suppose @cite{R} is 20 cm and @cite{r} is 4 cm, each known to
4807 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4808 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4809
4810 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4811 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4812 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4813 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4814 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4815
4816 @group
4817 @smallexample
4818 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4819     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4820                       .
4821
4822   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4823 @end smallexample
4824 @end group
4825
4826 @noindent
4827 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4828 is sure to lie in the range shown.
4829
4830 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4831 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4832 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4833 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4834 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4835 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4836 the other.
4837
4838 @group
4839 @smallexample
4840 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4841     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4842                                       .
4843
4844   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4845 @end smallexample
4846 @end group
4847
4848 @noindent
4849 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4850 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4851 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4852 or both endpoints.
4853
4854 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4855 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4856 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4857 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4858 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4859
4860 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4861 are @kbd{RET *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4862 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4863 If not, which of these will result in a larger interval?
4864 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4865
4866 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @i{M}.
4867 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4868 or 24 hours.
4869
4870 @group
4871 @smallexample
4872 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4873     .                .                .                .
4874
4875     17 M 24 RET      10 +             n                5 /
4876 @end smallexample
4877 @end group
4878
4879 @noindent
4880 In this last step, Calc has found a new number which, when multiplied
4881 by 5 modulo 24, produces the original number, 21.  If @i{M} is prime
4882 it is always possible to find such a number.  For non-prime @i{M}
4883 like 24, it is only sometimes possible.
4884
4885 @group
4886 @smallexample
4887 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4888     .                .                .                .
4889
4890     10 M 24 RET      100 ^            10 RET 100 ^     24 %
4891 @end smallexample
4892 @end group
4893
4894 @noindent
4895 These two calculations get the same answer, but the first one is
4896 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4897 that arises in the second one.
4898
4899 @cindex Fermat, primality test of
4900 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4901 says that @c{\w{$x^{n-1} \bmod n = 1$}}
4902 @cite{x^(n-1) mod n = 1} if @cite{n} is a prime number
4903 and @cite{x} is an integer less than @cite{n}.  If @cite{n} is
4904 @emph{not} a prime number, this will @emph{not} be true for most
4905 values of @cite{x}.  Thus we can test informally if a number is
4906 prime by trying this formula for several values of @cite{x}.
4907 Use this test to tell whether the following numbers are prime:
4908 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4909
4910 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4911 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4912 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4913 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4914
4915 @group
4916 @smallexample
4917 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4918     .                                 .
4919
4920     x time RET                        n
4921 @end smallexample
4922 @end group
4923
4924 @noindent
4925 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4926
4927 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4928 is about @c{$\pi \times 10^7$}
4929 @w{@cite{pi * 10^7}} seconds.  What time will it be that
4930 many seconds from right now?  @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4931
4932 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
4933 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
4934 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
4935 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
4936 of music.  Should you order single or double packages?
4937 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
4938
4939 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
4940 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
4941 application of algebraic expressions, where we use variables with
4942 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
4943 like centimeters and inches.
4944
4945 @group
4946 @smallexample
4947 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
4948     .               .                .                   .
4949
4950     ' 2in RET       u c cm RET       u c fath RET        u b
4951 @end smallexample
4952 @end group
4953
4954 @noindent
4955 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
4956 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
4957 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
4958 which in this case means meters.
4959
4960 @group
4961 @smallexample
4962 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
4963     .              .                  .              .
4964
4965  ' 9 acre RET      Q                  u s            ' $+30 cm RET
4966
4967 @end smallexample
4968 @end group
4969 @noindent
4970 @group
4971 @smallexample
4972 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
4973     .                .                     .
4974
4975     u s              2 ^                   u c cgs
4976 @end smallexample
4977 @end group
4978
4979 @noindent
4980 Since units expressions are really just formulas, taking the square
4981 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
4982 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
4983 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
4984 being interpreted as unit names.
4985
4986 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
4987 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
4988 as its standard unit of length.
4989
4990 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
4991
4992 @group
4993 @smallexample
4994 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
4995     .              .                  .                     .
4996
4997  ' 55 mph RET      u c kph RET        u c km/hr RET         u c c RET
4998 @end smallexample
4999 @end group
5000
5001 @noindent
5002 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
5003 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
5004 finally in terms of fractions of the speed of light.
5005
5006 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
5007 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
5008 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
5009 units there is no difference, but temperature units have an offset
5010 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
5011 for them.
5012
5013 @group
5014 @smallexample
5015 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -20:3 degC    1:  -6.666 degC
5016     .                 .                    .                 .
5017
5018   ' 20 degF RET       u c degC RET         U u t degC RET    c f
5019 @end smallexample
5020 @end group
5021
5022 @noindent
5023 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
5024 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
5025 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.  Since
5026 this comes out as an exact fraction, we then convert to floating-point
5027 for easier comparison with the other result.
5028
5029 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
5030 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
5031 When you use this method, you're responsible for remembering which
5032 numbers are in which units:
5033
5034 @group
5035 @smallexample
5036 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
5037     .              .                        .
5038
5039     55             u c mph RET kph RET      u c km/hr RET c RET
5040 @end smallexample
5041 @end group
5042
5043 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
5044 @w{@kbd{M-# c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
5045 at the units table.
5046
5047 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
5048 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
5049
5050 @cindex Speed of light
5051 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
5052 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
5053 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
5054 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
5055 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
5056
5057 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
5058 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
5059 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
5060 swallow and still travel legally on most US highways?
5061 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
5062
5063 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
5064 @section Algebra and Calculus Tutorial
5065
5066 @noindent
5067 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
5068 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
5069 formulas.
5070
5071 @menu
5072 * Basic Algebra Tutorial::
5073 * Rewrites Tutorial::
5074 @end menu
5075
5076 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5077 @subsection Basic Algebra
5078
5079 @noindent
5080 If you enter a formula in algebraic mode that refers to variables,
5081 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
5082 formulas as regular data objects.
5083
5084 @group
5085 @smallexample
5086 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (6 - 2 x^2) (3 x^2 + y)
5087     .                   .                   .
5088
5089     ' 2x^2-6 RET        n                   ' 3x^2+y RET *
5090 @end smallexample
5091 @end group
5092
5093 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x RET Q 2 ^} and
5094 @kbd{' x RET 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
5095 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
5096
5097 There are also commands for doing common algebraic operations on
5098 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
5099
5100 @group
5101 @smallexample
5102 1:  18 x^2 + 6 y - 6 x^4 - 2 x^2 y    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
5103     .                                     .
5104
5105     a x                                   a c x RET
5106 @end smallexample
5107 @end group
5108
5109 @noindent
5110 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
5111 terms involving like powers of @cite{x}.
5112
5113 Let's find the value of this expression when @cite{x} is 2 and @cite{y}
5114 is one-half.
5115
5116 @group
5117 @smallexample
5118 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
5119     .                           .
5120
5121     1:2 s l y RET               2 s l x RET
5122 @end smallexample
5123 @end group
5124
5125 @noindent
5126 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
5127 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
5128 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
5129 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
5130 back to its original value, if any.
5131
5132 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
5133 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
5134 unstore it with @kbd{s u x RET} before the above example will work
5135 properly.)
5136
5137 @cindex Maximum of a function using Calculus
5138 Let's find the maximum value of our original expression when @cite{y}
5139 is one-half and @cite{x} ranges over all possible values.  We can
5140 do this by taking the derivative with respect to @cite{x} and examining
5141 values of @cite{x} for which the derivative is zero.  If the second
5142 derivative of the function at that value of @cite{x} is negative,
5143 the function has a local maximum there.
5144
5145 @group
5146 @smallexample
5147 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
5148     .                           .
5149
5150     U DEL  s 1                  a d x RET   s 2
5151 @end smallexample
5152 @end group
5153
5154 @noindent
5155 Well, the derivative is clearly zero when @cite{x} is zero.  To find
5156 the other root(s), let's divide through by @cite{x} and then solve:
5157
5158 @group
5159 @smallexample
5160 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 x / x - 24 x^3 / x    1:  34 - 24 x^2
5161     .                          .                            .
5162
5163     ' x RET /                  a x                          a s
5164
5165 @end smallexample
5166 @end group
5167 @noindent
5168 @group
5169 @smallexample
5170 1:  34 - 24 x^2 = 0        1:  x = 1.19023
5171     .                          .
5172
5173     0 a =  s 3                 a S x RET
5174 @end smallexample
5175 @end group
5176
5177 @noindent
5178 Notice the use of @kbd{a s} to ``simplify'' the formula.  When the
5179 default algebraic simplifications don't do enough, you can use
5180 @kbd{a s} to tell Calc to spend more time on the job.
5181
5182 Now we compute the second derivative and plug in our values of @cite{x}:
5183
5184 @group
5185 @smallexample
5186 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
5187     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
5188                        .                   .
5189
5190     a .                r 2                 a d x RET s 4
5191 @end smallexample
5192 @end group
5193
5194 @noindent
5195 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
5196 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
5197 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 DEL}
5198 to delete the @samp{x}.)
5199
5200 @group
5201 @smallexample
5202 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
5203 1:  1.19023           .            1:  0                   .
5204     .                                  .
5205
5206     TAB               s l x RET        U DEL 0             s l x RET
5207 @end smallexample
5208 @end group
5209
5210 @noindent
5211 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
5212 has a maximum value at @cite{x = 1.19023}.  (The function also has a
5213 local @emph{minimum} at @cite{x = 0}.)
5214
5215 When we solved for @cite{x}, we got only one value even though
5216 @cite{34 - 24 x^2 = 0} is a quadratic equation that ought to have
5217 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
5218 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
5219 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @cite{+}.
5220 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
5221 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
5222
5223 @group
5224 @smallexample
5225 1:  34 - 24 x^2 = 0    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
5226     .                      .                       .
5227
5228     r 3                    H a S x RET  s 5        1 n  s l s1 RET
5229 @end smallexample
5230 @end group
5231
5232 @noindent
5233 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
5234 it is supposed to be either @i{+1} or @i{-1}.  Here we have used
5235 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
5236 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
5237 negative, answer, so @cite{x = -1.19023} is also a maximum.
5238
5239 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @cite{x}
5240 into the original formula.
5241
5242 @group
5243 @smallexample
5244 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
5245 1:  x = 1.19023 s1            .
5246     .
5247
5248     r 1 r 5                   s l RET
5249 @end smallexample
5250 @end group
5251
5252 @noindent
5253 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
5254 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
5255 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
5256
5257 It's clear that this will have the same value for either sign of
5258 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
5259
5260 @group
5261 @smallexample
5262 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
5263 1:  24.08333 s1^2 ...        .
5264     .
5265
5266   [ 1 n , 1 ] TAB            V M $ RET
5267 @end smallexample
5268 @end group
5269
5270 @noindent
5271 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
5272 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
5273 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
5274 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
5275 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
5276 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
5277 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
5278 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
5279 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
5280 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
5281
5282 If there had been several different values, we could have used
5283 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
5284
5285 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
5286 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
5287 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
5288 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
5289 @cite{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
5290 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
5291 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
5292 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
5293
5294 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
5295 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
5296 sequence of commands would you use to reconstruct the original
5297 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
5298 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
5299 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
5300
5301 The @kbd{m s} command enables ``symbolic mode,'' in which formulas
5302 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
5303 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
5304 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
5305
5306 @group
5307 @smallexample
5308 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
5309 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
5310     .                        .
5311
5312     r 2  RET     m s  m f    a P x RET
5313 @end smallexample
5314 @end group
5315
5316 One more mode that makes reading formulas easier is ``Big mode.''
5317
5318 @group
5319 @smallexample
5320                3
5321 2:  34 x - 24 x
5322
5323       ____   ____
5324      V 51   V 51
5325 1:  [-----, -----, 0]
5326        6     -6
5327
5328     .
5329
5330     d B
5331 @end smallexample
5332 @end group
5333
5334 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5335 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5336 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, and @TeX{} mode.
5337
5338 @group
5339 @smallexample
5340 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5341 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5342     .                                     .
5343
5344     d C                                   d F
5345
5346 @end smallexample
5347 @end group
5348 @noindent
5349 @group
5350 @smallexample
5351 3:  34 x - 24 x^3
5352 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5353 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5354     .
5355
5356     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 RET
5357 @end smallexample
5358 @end group
5359
5360 @noindent
5361 As you can see, language modes affect both entry and display of
5362 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5363 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5364 and notations for vectors and matrices.
5365
5366 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5367 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5368 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5369 produced by the various language modes to make sure they are fully
5370 correct.
5371
5372 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5373 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5374 are shown in normal mode.)
5375
5376 @cindex Area under a curve
5377 What is the area under the portion of this curve from @cite{x = 1} to @cite{2}?
5378 This is simply the integral of the function:
5379
5380 @group
5381 @smallexample
5382 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5383     .                          .
5384
5385     r 1                        a i x
5386 @end smallexample
5387 @end group
5388
5389 @noindent
5390 We want to evaluate this at our two values for @cite{x} and subtract.
5391 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5392
5393 @group
5394 @smallexample
5395 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5396 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5397
5398    [ 2 , 1 ] TAB          V M $ RET                  V R -
5399 @end smallexample
5400 @end group
5401
5402 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @cite{y}
5403 of @c{$x \sin \pi x$}
5404 @w{@cite{x sin(pi x)}} (where the sine is calculated in radians).
5405 Find the values of the integral for integers @cite{y} from 1 to 5.
5406 @xref{Algebra Answer 3, 3}. (@bullet{})
5407
5408 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5409 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5410 under the curve @c{$\sin x \ln x$}
5411 @cite{sin(x) ln(x)} over the same range of @cite{x}.  If
5412 you entered this formula and typed @kbd{a i x RET} (don't bother to try
5413 this), Calc would work for a long time but would be unable to find a
5414 solution.  In fact, there is no closed-form solution to this integral.
5415 Now what do we do?
5416
5417 @cindex Integration, numerical
5418 @cindex Numerical integration
5419 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5420 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5421 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5422 We can save some time by reducing the working precision.
5423
5424 @group
5425 @smallexample
5426 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5427 2:  1                       .
5428 1:  0.1
5429     .
5430
5431  10 RET 1 RET .1 RET        C-u v x
5432 @end smallexample
5433 @end group
5434
5435 @noindent
5436 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5437 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 RET 9 + .1 *}.)
5438
5439 @group
5440 @smallexample
5441 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5442 1:  sin(x) ln(x)                    .
5443     .
5444
5445     ' sin(x) ln(x) RET  s 1    m r  p 5 RET   V M $ RET
5446
5447 @end smallexample
5448 @end group
5449 @noindent
5450 @group
5451 @smallexample
5452 1:  3.4195     0.34195
5453     .          .
5454
5455     V R +      0.1 *
5456 @end smallexample
5457 @end group
5458
5459 @noindent
5460 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5461 to radians mode?)
5462
5463 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5464 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5465 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5466 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5467 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5468 is the same for every box.)
5469
5470 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5471 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5472
5473 @group
5474 @smallexample
5475 1:  sin(x) ln(x)    1:  0.84147 x - 0.84147 + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5476     .                   .
5477
5478     r 1                 a t x=1 RET 4 RET
5479 @end smallexample
5480 @end group
5481
5482 @noindent
5483 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5484 about the point @cite{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5485 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5486
5487 @group
5488 @smallexample
5489 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5490     .                        .                            .
5491
5492     a i x RET            [ 2 , 1 ] TAB  V M $ RET         V R -
5493 @end smallexample
5494 @end group
5495
5496 @noindent
5497 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5498 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5499 (Taylor series converge better away from singularities in the
5500 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5501 expand the series about the points @cite{x=2} or @cite{x=1.5} instead
5502 of @cite{x=1}.)
5503
5504 @cindex Simpson's rule
5505 @cindex Integration by Simpson's rule
5506 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5507 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5508 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5509 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5510 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5511 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5512 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5513 down to the formula,
5514
5515 @ifnottex
5516 @example
5517 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5518               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5519 @end example
5520 @end ifnottex
5521 @tex
5522 \turnoffactive
5523 \beforedisplay
5524 $$ \displaylines{
5525       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5526    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5527 } $$
5528 \afterdisplay
5529 @end tex
5530
5531 @noindent
5532 where @cite{n} (which must be even) is the number of slices and @cite{h}
5533 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5534 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5535 method:
5536
5537 @ifnottex
5538 @example
5539 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5540           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5541 @end example
5542 @end ifnottex
5543 @tex
5544 \turnoffactive
5545 \beforedisplay
5546 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5547            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5548 \afterdisplay
5549 @end tex
5550
5551 Compute the integral from 1 to 2 of @c{$\sin x \ln x$}
5552 @cite{sin(x) ln(x)} using
5553 Simpson's rule with 10 slices.  @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5554
5555 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5556 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5557 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5558 result until the current precision is satisfied.
5559
5560 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5561 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5562 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5563 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5564 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5565 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5566 details and examples.
5567
5568 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5569 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5570
5571 @node Rewrites Tutorial, , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5572 @subsection Rewrite Rules
5573
5574 @noindent
5575 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5576 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5577 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5578 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5579
5580 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5581
5582 @group
5583 @smallexample
5584 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)
5585     .
5586
5587     ' 1/cos(x) - sin(x) tan(x) RET   s 1
5588 @end smallexample
5589 @end group
5590
5591 @noindent
5592 If we were simplifying this by hand, we'd probably replace the
5593 @samp{tan} with a @samp{sin/cos} first, then combine over a common
5594 denominator.  There is no Calc command to do the former; the @kbd{a n}
5595 algebra command will do the latter but we'll do both with rewrite
5596 rules just for practice.
5597
5598 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5599
5600 @group
5601 @smallexample
5602 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)
5603     .
5604
5605     a r tan(a) := sin(a)/cos(a) RET
5606 @end smallexample
5607 @end group
5608
5609 @noindent
5610 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5611 by itself the formula @samp{tan(a) := sin(a)/cos(a)} doesn't do anything,
5612 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5613 it as a rewrite rule.)
5614
5615 The lefthand side, @samp{tan(a)}, is called the @dfn{pattern} of the
5616 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5617 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5618 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5619 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5620 the actual variable @samp{x}.
5621
5622 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5623 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5624 substituted with the things they matched.  So the result is
5625 @samp{sin(x) / cos(x)}.  Calc's normal algebraic simplifications then
5626 mix this in with the rest of the original formula.
5627
5628 To merge over a common denominator, we can use another simple rule:
5629
5630 @group
5631 @smallexample
5632 1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5633     .
5634
5635     a r a/x + b/x := (a+b)/x RET
5636 @end smallexample
5637 @end group
5638
5639 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5640 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5641 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5642 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5643 denominators.
5644
5645 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5646 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5647 the subformula @samp{cos(x)}; Calc never confuses the two meanings of
5648 @samp{x}.
5649
5650 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5651 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5652 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5653 @samp{a = 1}, @samp{b = -sin(x)^2}, and @samp{x = cos(x)}.
5654
5655 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5656 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5657 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5658 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5659 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5660 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5661
5662 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5663 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}, but of course we must first rearrange
5664 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5665 would be @samp{@w{1 - sin(x)^2} := cos(x)^2}, but a little thought shows
5666 that the rule @samp{sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2} will also work.  The
5667 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5668 situations, too.
5669
5670 @group
5671 @smallexample
5672 1:  (1 + cos(x)^2 - 1) / cos(x)           1:  cos(x)
5673     .                                         .
5674
5675     a r sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 RET          a s
5676 @end smallexample
5677 @end group
5678
5679 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5680 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5681 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5682 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5683 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5684 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5685 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5686 having to retype it.
5687
5688 @group
5689 @smallexample
5690 ' tan(x) := sin(x)/cos(x) RET      s t tsc RET
5691 ' a/x + b/x := (a+b)/x RET         s t merge RET
5692 ' sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 RET     s t sinsqr RET
5693
5694 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)     1:  cos(x)
5695     .                                  .
5696
5697     r 1                a r tsc RET  a r merge RET  a r sinsqr RET  a s
5698 @end smallexample
5699 @end group
5700
5701 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5702 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{M-# M-#} or
5703 @kbd{C-c C-c} to store the edited value back into the variable.
5704 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5705
5706 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5707 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5708 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5709 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5710 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5711 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5712 another good reason to store your rules in variables rather than
5713 entering them on the fly.
5714
5715 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get symbolic
5716 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5717 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying both
5718 sides by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5719 to be expanded by the distributive law; do this with another
5720 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5721
5722 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5723 a variable containing a vector of rules.
5724
5725 @group
5726 @smallexample
5727 1:  [tsc, merge, sinsqr]          1:  [tan(x) := sin(x) / cos(x), ... ]
5728     .                                 .
5729
5730     ' [tsc,merge,sinsqr] RET          =
5731
5732 @end smallexample
5733 @end group
5734 @noindent
5735 @group
5736 @smallexample
5737 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)    1:  cos(x)
5738     .                                 .
5739
5740     s t trig RET  r 1                 a r trig RET  a s
5741 @end smallexample
5742 @end group
5743
5744 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5745 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5746 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5747 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5748 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5749 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5750
5751 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5752 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5753 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5754 only one rewrite at a time.
5755
5756 @group
5757 @smallexample
5758 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)    1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5759     .                                     .
5760
5761     r 1  M-1 a r trig RET                 M-1 a r trig RET
5762 @end smallexample
5763 @end group
5764
5765 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5766 of rewrites that occur.
5767
5768 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5769 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5770
5771 @group
5772 @smallexample
5773 1:  exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i)
5774     .
5775
5776     ' exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i) RET
5777
5778 @end smallexample
5779 @end group
5780 @noindent
5781 @group
5782 @smallexample
5783 1:  1 + exp(3 pi i) + 1
5784     .
5785
5786     a r exp(k pi i) := 1 :: k % 2 = 0 RET
5787 @end smallexample
5788 @end group
5789
5790 @noindent
5791 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5792 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5793
5794 An interesting point is that the variables @samp{pi} and @samp{i}
5795 were matched literally rather than acting as meta-variables.
5796 This is because they are special-constant variables.  The special
5797 constants @samp{e}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5798 A common error with rewrite
5799 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5800 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5801 only when the fifth argument is literally @samp{e}!@refill
5802
5803 @cindex Fibonacci numbers
5804 @c @starindex
5805 @tindex fib
5806 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5807 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5808 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5809 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5810 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5811
5812 @group
5813 @smallexample
5814 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] RET  s t fib
5815
5816 1:  fib(7)               1:  13
5817     .                        .
5818
5819     ' fib(7) RET             a r fib RET
5820 @end smallexample
5821 @end group
5822
5823 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5824 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5825 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5826 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5827 be used preferentially.
5828
5829 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5830 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5831 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5832 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5833 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5834 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5835 @w{@kbd{s e fib RET}}, then edit the third rule to:
5836
5837 @smallexample
5838 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5839 @end smallexample
5840
5841 @noindent
5842 Now:
5843
5844 @group
5845 @smallexample
5846 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  8 + fib(x) + fib(0)
5847     .                                 .
5848
5849     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) RET        a r fib RET
5850 @end smallexample
5851 @end group
5852
5853 @noindent
5854 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5855 @w{@kbd{a r fib RET}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5856 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5857 apply these rules automatically by storing them in the special
5858 variable @code{EvalRules}.
5859
5860 @group
5861 @smallexample
5862 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5863     .                                       .
5864
5865     s r fib RET        s t EvalRules RET    ' [fib(6), fib(7)] RET
5866 @end smallexample
5867 @end group
5868
5869 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5870 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5871 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5872
5873 @group
5874 @smallexample
5875 fib(6) =
5876 fib(5)              +               fib(4) =
5877 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5878 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5879 @end smallexample
5880 @end group
5881
5882 @noindent
5883 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5884 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5885 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5886 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5887 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5888 @code{EvalRules}) and add another condition:
5889
5890 @smallexample
5891 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5892 @end smallexample
5893
5894 @noindent
5895 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5896 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5897 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5898 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5899 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5900 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5901
5902 Type @kbd{' fib(8) RET} to compute the eighth Fibonacci number, then
5903 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5904
5905 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5906 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5907 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5908 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5909 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5910
5911 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5912 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules RET} now to
5913 un-store the variable.
5914
5915 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5916 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5917 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5918 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5919 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5920 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5921 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5922 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5923 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
5924
5925 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
5926 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
5927 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
5928 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
5929
5930 @example
5931 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
5932 @end example
5933
5934 @noindent
5935 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
5936 to 1.''
5937
5938 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
5939 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
5940 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
5941 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
5942 and one for @samp{b}.
5943
5944 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
5945 on the stack and tried to use the rule
5946 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
5947 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
5948
5949 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @cite{a},
5950 divide @cite{a} by two if it is even, otherwise compute @cite{3 a + 1}.
5951 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
5952 is that for any starting @cite{a}, the sequence always eventually
5953 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
5954 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
5955 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
5956 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
5957 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
5958 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
5959 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
5960 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
5961 vector @cite{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
5962 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
5963
5964 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
5965 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
5966 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
5967 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
5968 so that @cite{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
5969 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
5970
5971 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Calc considers the form @cite{0^0}
5972 to be ``indeterminate,'' and leaves it unevaluated (assuming infinite
5973 mode is not enabled).  Some people prefer to define @cite{0^0 = 1},
5974 so that the identity @cite{x^0 = 1} can safely be used for all @cite{x}.
5975 Find a way to make Calc follow this convention.  What happens if you
5976 now type @kbd{m i} to turn on infinite mode?
5977 @xref{Rewrites Answer 6, 6}. (@bullet{})
5978
5979 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  A Taylor series for a function is an
5980 infinite series that exactly equals the value of that function at
5981 values of @cite{x} near zero.
5982
5983 @ifnottex
5984 @example
5985 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
5986 @end example
5987 @end ifnottex
5988 @tex
5989 \turnoffactive \let\rm\goodrm
5990 \beforedisplay
5991 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
5992 \afterdisplay
5993 @end tex
5994
5995 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
5996 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @cite{x^2}.
5997 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @cite{x}.
5998 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
5999 that records what was the lowest term that was truncated.
6000
6001 @ifnottex
6002 @example
6003 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
6004 @end example
6005 @end ifnottex
6006 @tex
6007 \turnoffactive \let\rm\goodrm
6008 \beforedisplay
6009 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
6010 \afterdisplay
6011 @end tex
6012
6013 @noindent
6014 The meaning of @cite{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
6015 if @cite{x^3} is considered negligibly small as @cite{x} goes to zero.''
6016
6017 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
6018 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
6019 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
6020 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
6021 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
6022 rearranged or if @kbd{a s} needs to be typed after rewriting.  (This one
6023 is rather tricky; the solution at the end of this chapter uses 6 rewrite
6024 rules.  Hint:  The @samp{constant(x)} condition tests whether @samp{x} is
6025 a number.)  @xref{Rewrites Answer 7, 7}. (@bullet{})
6026
6027 @c [fix-ref Rewrite Rules]
6028 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
6029
6030 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
6031 @section Programming Tutorial
6032
6033 @noindent
6034 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
6035 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
6036 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
6037 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
6038 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
6039 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
6040
6041 (Note that the programming commands relating to user-defined keys
6042 are not yet supported under Lucid Emacs 19.)
6043
6044 One very limited form of programming is defining your own functions.
6045 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
6046 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
6047 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
6048 case @kbd{z} prefix.
6049
6050 @group
6051 @smallexample
6052 1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6         1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6
6053     .                                     .
6054
6055     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! RET         Z F e myexp RET RET RET y
6056 @end smallexample
6057 @end group
6058
6059 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
6060 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
6061 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
6062 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
6063 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
6064 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
6065 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
6066 arguments?''
6067
6068 @group
6069 @smallexample
6070 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
6071     .          1:  1.34986    2:  1.34986
6072                    .          1:  myexp(a + 1)
6073                                   .
6074
6075     .3 z e         .3 E           ' a+1 RET z e
6076 @end smallexample
6077 @end group
6078
6079 @noindent
6080 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
6081 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
6082 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
6083 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
6084 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
6085 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
6086 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
6087
6088 @cindex Sine integral Si(x)
6089 @c @starindex
6090 @tindex Si
6091 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
6092 @c{${\rm Si}(x)$}
6093 @cite{Si(x)} is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
6094 @cite{t = 0} to @cite{x} in radians.  (It was invented because this
6095 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
6096 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
6097 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
6098 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
6099 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
6100 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
6101 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
6102 0.946083.  (Hint:  @code{ninteg} will run a lot faster if you reduce
6103 the precision to, say, six digits beforehand.)
6104 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
6105
6106 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
6107 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
6108 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
6109 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
6110 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
6111
6112 @group
6113 @smallexample
6114 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
6115     .                        .
6116
6117     ' y=sqrt(x) RET       C-x ( H a S x RET C-x )
6118
6119 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 pi n1
6120     .                        .
6121
6122     ' y=cos(x) RET           X
6123 @end smallexample
6124 @end group
6125
6126 @noindent
6127 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
6128 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
6129 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
6130 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
6131 re-execute the same keystrokes.
6132
6133 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
6134
6135 @group
6136 @smallexample
6137 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
6138                        .                   .
6139
6140   Z K x RET            ' y=x^4 RET         z x
6141 @end smallexample
6142 @end group
6143
6144 @noindent
6145 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
6146 @kbd{z} to call it up.
6147
6148 Keyboard macros can call other macros.
6149
6150 @group
6151 @smallexample
6152 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
6153     .                 .                           .            .
6154
6155  ' abs(x) RET   C-x ( ' y RET a = z x C-x )    ' 2/x RET       X
6156 @end smallexample
6157 @end group
6158
6159 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
6160 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
6161 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
6162
6163 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
6164 the following functions:
6165
6166 @enumerate
6167 @item
6168 Compute @c{$\displaystyle{\sin x \over x}$}
6169 @cite{sin(x) / x}, where @cite{x} is the number on the
6170 top of the stack.
6171
6172 @item
6173 Compute the base-@cite{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
6174 the arguments are taken in the opposite order.
6175
6176 @item
6177 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
6178 the stack.
6179 @end enumerate
6180 @noindent
6181 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
6182
6183 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
6184 the average (mean) value of a list of numbers.
6185 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
6186
6187 In many programs, some of the steps must execute several times.
6188 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
6189 inside keyboard macros, but actually work at any time.
6190
6191 @group
6192 @smallexample
6193 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
6194     .            1:  4             .
6195                      .
6196
6197   ' x^6 RET          4         Z < a d x RET Z >
6198 @end smallexample
6199 @end group
6200
6201 @noindent
6202 Here we have computed the fourth derivative of @cite{x^6} by
6203 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
6204 This structure pops a repeat count from the stack, then
6205 executes the body of the loop that many times.
6206
6207 If you make a mistake while entering the body of the loop,
6208 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
6209
6210 @cindex Fibonacci numbers
6211 Here's another example:
6212
6213 @group
6214 @smallexample
6215 3:  1               2:  10946
6216 2:  1               1:  17711
6217 1:  20                  .
6218     .
6219
6220 1 RET RET 20       Z < TAB C-j + Z >
6221 @end smallexample
6222 @end group
6223
6224 @noindent
6225 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
6226 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
6227 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
6228 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
6229
6230 @cindex Golden ratio
6231 @cindex Phi, golden ratio
6232 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @cite{n}th
6233 Fibonacci number can be found directly by computing @c{$\phi^n / \sqrt{5}$}
6234 @cite{phi^n / sqrt(5)}
6235 and then rounding to the nearest integer, where @c{$\phi$ (``phi'')}
6236 @cite{phi}, the
6237 ``golden ratio,'' is @c{$(1 + \sqrt{5}) / 2$}
6238 @cite{(1 + sqrt(5)) / 2}.  (For convenience, this constant is available
6239 from the @code{phi} variable, or the @kbd{I H P} command.)
6240
6241 @group
6242 @smallexample
6243 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
6244     .                   .                    .                    .
6245
6246     I H P               21 ^                 5 Q /                R
6247 @end smallexample
6248 @end group
6249
6250 @cindex Continued fractions
6251 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
6252 representation of @c{$\phi$}
6253 @cite{phi} is @c{$1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))$}
6254 @cite{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
6255 We can compute an approximate value by carrying this however far
6256 and then replacing the innermost @c{$1/( \ldots )$}
6257 @cite{1/( ...@: )} by 1.  Approximate
6258 @c{$\phi$}
6259 @cite{phi} using a twenty-term continued fraction.
6260 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
6261
6262 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
6263 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
6264 vector @w{@cite{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
6265 vector, produces the vector @cite{[b, c]}, where @cite{a}, @cite{b} and
6266 @cite{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
6267 that, given an integer @cite{n}, computes the @cite{n}th Fibonacci number
6268 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
6269
6270 @cindex Harmonic numbers
6271 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
6272 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
6273 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
6274
6275 @group
6276 @smallexample
6277 3:  0               1:  3.597739
6278 2:  1                   .
6279 1:  20
6280     .
6281
6282 0 RET 1 RET 20         Z ( & + 1 Z )
6283 @end smallexample
6284 @end group
6285
6286 @noindent
6287 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
6288 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
6289 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
6290 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
6291 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
6292 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
6293 uses a step of one.
6294
6295 This harmonic number function uses the stack to hold the running
6296 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
6297 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
6298
6299 @group
6300 @smallexample
6301 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
6302     .         1:  20                                  .
6303                   .
6304
6305     0 t 7       1 RET 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
6306 @end smallexample
6307 @end group
6308
6309 @noindent
6310 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
6311 variable (and removes that value from the stack).
6312
6313 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
6314 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6315 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6316 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6317 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6318 probably easier than using loops.  However, there are some
6319 situations where loops really are the way to go:
6320
6321 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6322 harmonic number which is greater than 4.0.
6323 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6324
6325 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6326 we have to worry about the programs clobbering values that the
6327 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6328 fix, though:
6329
6330 @group
6331 @smallexample
6332     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6333                  .                .          2:  3.597739
6334                                              1:  0.6667
6335                                                  .
6336
6337    Z `    p 4 RET 2 RET 3 /   s 7 s s a RET    Z '  r 7 s r a RET
6338 @end smallexample
6339 @end group
6340
6341 @noindent
6342 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6343 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6344 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6345 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6346 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6347 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6348 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6349 the contents of the stack, and the values of named variables,
6350 survive past the @kbd{Z '} command.
6351
6352 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6353 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6354 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6355 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6356 by the formula @c{$\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}$}
6357 @cite{2 n!@: / (2 pi)^n}.  Let's write a keyboard
6358 macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.  (Calc has a
6359 command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6360 this command is very slow for large @cite{n} since the higher
6361 Bernoulli numbers are very large fractions.)
6362
6363 @group
6364 @smallexample
6365 1:  10               1:  0.0756823
6366     .                    .
6367
6368     10     C-x ( RET 2 % Z [ DEL 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ RET = Z ] C-x )
6369 @end smallexample
6370 @end group
6371
6372 @noindent
6373 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6374 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6375 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6376 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6377 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6378 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6379 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6380
6381 The actual tenth Bernoulli number is @cite{5/66}.
6382
6383 @group
6384 @smallexample
6385 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6386 2:  5:66             .              .              .              .
6387 1:  0.0757575
6388     .
6389
6390 10 k b RET c f   M-0 DEL 11 X   DEL 12 X       DEL 13 X       DEL 14 X
6391 @end smallexample
6392 @end group
6393
6394 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6395 Bernoulli numbers.
6396
6397 @group
6398 @smallexample
6399 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6400 2:  2                  .
6401 1:  30
6402     .
6403
6404  [ ] 2 RET 30          Z ( X | 2 Z )
6405 @end smallexample
6406 @end group
6407
6408 @noindent
6409 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6410 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6411 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6412 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6413 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6414 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6415 sequence of keystrokes.)
6416
6417 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6418 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6419 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6420 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6421 ``while'' and ``until'' style loops.
6422
6423 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6424 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6425 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6426 then enter the real one in the edit command.
6427
6428 @group
6429 @smallexample
6430 1:  3                   1:  3           Keyboard Macro Editor.
6431     .                       .           Original keys: 1 RET 2 +
6432
6433                                         type "1\r"
6434                                         type "2"
6435                                         calc-plus
6436
6437 C-x ( 1 RET 2 + C-x )    Z K h RET      Z E h
6438 @end smallexample
6439 @end group
6440
6441 @noindent
6442 This shows the screen display assuming you have the @file{macedit}
6443 keyboard macro editing package installed, which is usually the case
6444 since a copy of @file{macedit} comes bundled with Calc.
6445
6446 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6447 @file{macedit} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6448 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6449 If a key or keys are simply shorthand for some command with a
6450 @kbd{M-x} name, that name is shown.  Anything that doesn't correspond
6451 to a @kbd{M-x} command is written as a @samp{type} command.
6452
6453 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6454 First, erase the three lines of the old definition.  Then, type
6455 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6456 to copy it from this page of the Info file; you can skip typing
6457 the comments that begin with @samp{#}).
6458
6459 @smallexample
6460 calc-kbd-push         # Save local values (Z `)
6461 type "0"              # Push a zero
6462 calc-store-into       # Store it in variable 1
6463 type "1"
6464 type "1"              # Initial value for loop
6465 calc-roll-down        # This is the TAB key; swap initial & final
6466 calc-kbd-for          # Begin "for" loop...
6467 calc-inv              #   Take reciprocal
6468 calc-store-plus       #   Add to accumulator
6469 type "1"
6470 type "1"              #   Loop step is 1
6471 calc-kbd-end-for      # End "for" loop
6472 calc-recall           # Now recall final accumulated value
6473 type "1"
6474 calc-kbd-pop          # Restore values (Z ')
6475 @end smallexample
6476
6477 @noindent
6478 Press @kbd{M-# M-#} to finish editing and return to the Calculator.
6479
6480 @group
6481 @smallexample
6482 1:  20         1:  3.597739
6483     .              .
6484
6485     20             z h
6486 @end smallexample
6487 @end group
6488
6489 If you don't know how to write a particular command in @file{macedit}
6490 format, you can always write it as keystrokes in a @code{type} command.
6491 There is also a @code{keys} command which interprets the rest of the
6492 line as standard Emacs keystroke names.  In fact, @file{macedit} defines
6493 a handy @code{read-kbd-macro} command which reads the current region
6494 of the current buffer as a sequence of keystroke names, and defines that
6495 sequence on the @kbd{X} (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so
6496 useful, Calc puts this command on the @kbd{M-# m} key.  Try reading in
6497 this macro in the following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-SPC}) at
6498 one end of the text below, then type @kbd{M-# m} at the other.
6499
6500 @group
6501 @example
6502 Z ` 0 t 1
6503     1 TAB
6504     Z (  & s + 1  1 Z )
6505     r 1
6506 Z '
6507 @end example
6508 @end group
6509
6510 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6511 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6512 @cite{f(x) = 0} for any function @cite{f}, and an initial guess
6513 @cite{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6514 this formula over and over:
6515
6516 @ifnottex
6517 @example
6518 new_x = x - f(x)/f'(x)
6519 @end example
6520 @end ifnottex
6521 @tex
6522 \beforedisplay
6523 $$ x_{\goodrm new} = x - {f(x) \over f'(x)} $$
6524 \afterdisplay
6525 @end tex
6526
6527 @noindent
6528 where @cite{f'(x)} is the derivative of @cite{f}.  The @cite{x}
6529 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6530 @c{$x_{\rm new}$}
6531 @cite{new_x} and @cite{x} will be equal to within the limits
6532 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6533 involving the variable @cite{x}, and an initial guess @cite{x_0},
6534 on the stack, and produces a value of @cite{x} for which the formula
6535 is zero.  Use it to find a solution of @c{$\sin(\cos x) = 0.5$}
6536 @cite{sin(cos(x)) = 0.5}
6537 near @cite{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6538 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6539 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6540
6541 @cindex Digamma function
6542 @cindex Gamma constant, Euler's
6543 @cindex Euler's gamma constant
6544 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function @c{$\psi(z)$ (``psi'')}
6545 @cite{psi(z)}
6546 is defined as the derivative of @c{$\ln \Gamma(z)$}
6547 @cite{ln(gamma(z))}.  For large
6548 values of @cite{z}, it can be approximated by the infinite sum
6549
6550 @ifnottex
6551 @example
6552 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6553 @end example
6554 @end ifnottex
6555 @tex
6556 \let\rm\goodrm
6557 \beforedisplay
6558 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6559    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6560 $$
6561 \afterdisplay
6562 @end tex
6563
6564 @noindent
6565 where @c{$\sum$}
6566 @cite{sum} represents the sum over @cite{n} from 1 to infinity
6567 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6568 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6569 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6570 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6571 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6572 @c{$\gamma = -\psi(1)$}
6573 @cite{gamma = -psi(1)}.  Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6574 for the above formula to work (5 is a much safer value for @cite{z}).
6575 Fortunately, we can compute @c{$\psi(1)$}
6576 @cite{psi(1)} from @c{$\psi(5)$}
6577 @cite{psi(5)} using
6578 the recurrence @c{$\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}$}
6579 @cite{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.  Your task:  Develop
6580 a program to compute @c{$\psi(z)$}
6581 @cite{psi(z)}; it should ``pump up'' @cite{z}
6582 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6583 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6584 to compute @c{$\gamma$}
6585 @cite{gamma} to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6586 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6587 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6588
6589 @cindex Polynomial, list of coefficients
6590 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @cite{x} and
6591 a number @cite{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6592 @cite{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @cite{x^m}),
6593 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6594 notation.  For example, @cite{5 x^4 + (x + 1)^2} with @cite{m = 6}
6595 should produce the list @cite{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6596 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6597 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6598
6599 @cindex Recursion
6600 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6601 first kind} are defined by the recurrences,
6602
6603 @ifnottex
6604 @example
6605 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6606 s(n,0) = 0   for n > 0,
6607 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6608 @end example
6609 @end ifnottex
6610 @tex
6611 \turnoffactive
6612 \beforedisplay
6613 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6614              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6615              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6616                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6617 $$
6618 \afterdisplay
6619 \vskip5pt
6620 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6621 @end tex
6622
6623 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6624 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6625 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6626 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6627 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6628 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6629 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6630 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6631 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6632 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6633 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6634 or @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6635 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6636 that computes Stirling numbers of the first kind, given @cite{n} and
6637 @cite{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6638 @cite{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6639 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6640 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6641
6642 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6643 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6644 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6645 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6646 program can:
6647
6648 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6649 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6650 rewrite rules.  Once again, @cite{n} and @cite{m} should be taken
6651 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6652
6653 @example
6654
6655 @end example
6656 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6657 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6658 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6659 @c [not-split]
6660 The rest of this manual tells the whole story.
6661 @c [when-split]
6662 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6663
6664 @page
6665 @node Answers to Exercises, , Programming Tutorial, Tutorial
6666 @section Answers to Exercises
6667
6668 @noindent
6669 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6670
6671 @menu
6672 * RPN Answer 1::           1 RET 2 RET 3 RET 4 + * -
6673 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6674 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6675 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6676 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6677 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6678 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6679 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6680 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6681 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6682 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6683 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6684 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6685 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6686 * Vector Answer 2::        Average position
6687 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6688 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6689 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6690 * List Answer 1::          Powers of two
6691 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6692 * List Answer 3::          Geometric mean
6693 * List Answer 4::          Divisor function
6694 * List Answer 5::          Duplicate factors
6695 * List Answer 6::          Triangular list
6696 * List Answer 7::          Another triangular list
6697 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6698 * List Answer 9::          Integers the hard way
6699 * List Answer 10::         All elements equal
6700 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6701 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6702 * List Answer 13::         Hash codes
6703 * List Answer 14::         Random walk
6704 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6705 * Types Answer 2::         Infinities
6706 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6707 * Types Answer 4::         Abbey Road
6708 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6709 * Types Answer 6::         Leap years
6710 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6711 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6712 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6713 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6714 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6715 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6716 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6717 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6718 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6719 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6720 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6721 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6722 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6723 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6724 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6725 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6726 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6727 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6728 * Rewrites Answer 6::      Defining 0^0 = 1
6729 * Rewrites Answer 7::      Truncated Taylor series
6730 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6731 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6732 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6733 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6734 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6735 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6736 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6737 * Programming Answer 8::   Newton's method
6738 * Programming Answer 9::   Digamma function
6739 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6740 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6741 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6742 @end menu
6743
6744 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6745 @c being entered on the table of contents.
6746 @tex
6747 \global\let\oldwrite=\write
6748 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6749 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6750 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6751 @end tex
6752
6753 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6754 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6755
6756 @noindent
6757 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6758
6759 The result is @c{$1 - (2 \times (3 + 4)) = -13$}
6760 @cite{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6761
6762 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6763 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6764
6765 @noindent
6766 @c{$2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75$}
6767 @cite{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6768
6769 After computing the intermediate term @c{$2\times4 = 8$}
6770 @cite{2*4 = 8}, you can leave
6771 that result on the stack while you compute the second term.  With
6772 both of these results waiting on the stack you can then compute the
6773 final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6774
6775 @group
6776 @smallexample
6777 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6778 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6779     .                         1:  9.5            .
6780                                   .
6781
6782   2 RET 4          *          7 RET 9.5          *
6783
6784 @end smallexample
6785 @end group
6786 @noindent
6787 @group
6788 @smallexample
6789 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6790 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6791 2:  5          1:  1.25           .
6792 1:  4              .
6793     .
6794
6795   5 RET 4          /              +              +
6796 @end smallexample
6797 @end group
6798
6799 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6800 with the third term.
6801
6802 @group
6803 @smallexample
6804 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6805 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6806     .                         1:  4              .
6807                                   .
6808
6809    ...             +            5 RET 4          /              +
6810 @end smallexample
6811 @end group
6812
6813 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6814 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6815 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6816 you choose is purely a matter of taste.
6817
6818 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6819 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6820
6821 @noindent
6822 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6823
6824 @group
6825 @smallexample
6826 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6827 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6828 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6829     .              .          1:  1              .              .
6830                                   .
6831
6832                   TAB             1              +             TAB
6833 @end smallexample
6834 @end group
6835
6836 Similarly, @key{M-TAB} gives you access to the number in level 3.
6837
6838 @group
6839 @smallexample
6840 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6841 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6842 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6843     .              .              .              .              .
6844
6845                   M-TAB           1 +           M-TAB          M-TAB
6846 @end smallexample
6847 @end group
6848
6849 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6850 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6851
6852 @noindent
6853 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6854 but using both the comma and the space at once yields:
6855
6856 @group
6857 @smallexample
6858 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6859     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6860                    .                             .              .
6861
6862     (              2              ,             SPC            3 )
6863 @end smallexample
6864 @end group
6865
6866 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6867 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6868 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6869 deletes just one component out of that object, so he had to press
6870 @key{DEL} twice to finish the job.
6871
6872 @group
6873 @smallexample
6874 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6875 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6876     .              .              .
6877
6878                   TAB            DEL            DEL
6879 @end smallexample
6880 @end group
6881
6882 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6883 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-DEL}, to do just that.
6884 @kbd{M-DEL} is just like @kbd{TAB DEL}, except that it doesn't exhibit
6885 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6886
6887 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6888 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6889
6890 @noindent
6891 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6892
6893 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6894 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6895
6896 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6897 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @cite{3.0} whereas
6898 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @cite{3}.)
6899
6900 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6901 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6902
6903 @noindent
6904 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
6905 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
6906 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
6907 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
6908
6909 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
6910 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
6911
6912 @noindent
6913 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @cite{1 / 0}.
6914 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
6915 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
6916 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
6917 times anything is zero.''
6918
6919 @c [fix-ref Infinities]
6920 The @kbd{m i} command enables an @dfn{infinite mode} in which @cite{1 / 0}
6921 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
6922 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
6923 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
6924 further discussion of infinite and indeterminate values.
6925
6926 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
6927 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
6928
6929 @noindent
6930 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
6931 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
6932 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
6933 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
6934 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
6935 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
6936
6937 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
6938 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
6939 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
6940 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
6941 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
6942 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
6943 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
6944 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
6945 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
6946 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
6947 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
6948
6949 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
6950 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
6951 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
6952 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
6953 inexact results would still be lurking there, but they would now be
6954 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
6955 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
6956 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
6957 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
6958 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
6959
6960 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
6961 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
6962 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
6963 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
6964 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
6965 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
6966 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
6967 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
6968 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
6969 to tell two distinct numbers apart.
6970
6971 An interesting side note is that most computers store their
6972 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
6973 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
6974 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
6975 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
6976 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
6977 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
6978 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
6979 in decimal display mode.
6980
6981 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
6982 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
6983 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
6984 you use a relatively unusual radix like 3.
6985
6986 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
6987 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
6988
6989 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
6990 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
6991 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
6992 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
6993 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
6994 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
6995 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f RET e 15 RET *} is another
6996 way to enter this number.
6997
6998 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
6999 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
7000 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
7001 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
7002 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
7003 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
7004 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
7005
7006 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
7007 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
7008
7009 @noindent
7010 The answer he got was @cite{0.5000000000006399}.
7011
7012 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
7013 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
7014 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
7015 their inputs.
7016
7017 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
7018 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
7019 commands decrease or increase a number by one unit in the last
7020 place (according to the current precision).  They are useful for
7021 determining facts like this.
7022
7023 @group
7024 @smallexample
7025 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
7026     .                       .
7027
7028     45 S                    2 ^
7029
7030 @end smallexample
7031 @end group
7032 @noindent
7033 @group
7034 @smallexample
7035 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
7036     .                       .                       .
7037
7038     U  DEL                  f [                     2 ^
7039 @end smallexample
7040 @end group
7041
7042 A high-precision calculation must be carried out in high precision
7043 all the way.  The only number in the original problem which was known
7044 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
7045 before anything is done after the number 45 has been entered in order
7046 for the higher precision to be meaningful.
7047
7048 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
7049 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
7050
7051 @noindent
7052 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
7053 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
7054 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
7055 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
7056 of time.
7057
7058 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
7059 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
7060 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
7061 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
7062 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
7063 calculation of the sum will not have this problem.
7064
7065 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
7066 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
7067 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
7068
7069 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
7070 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
7071
7072 @noindent
7073 Dividing two integers that are larger than the current precision may
7074 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
7075 down to an integer.  Consider @cite{123456789 / 2} when the current
7076 precision is 6 digits.  The true answer is @cite{61728394.5}, but
7077 with a precision of 6 this will be rounded to @c{$12345700.0/2.0 = 61728500.0$}
7078 @cite{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
7079 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
7080
7081 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
7082 floating-point round-off error is strictly to the right of the
7083 decimal point.  Or, convert to fraction mode so that @cite{123456789 / 2}
7084 produces the exact fraction @cite{123456789:2}, which can be rounded
7085 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
7086 format.
7087
7088 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
7089 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
7090
7091 @noindent
7092 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @cite{3:2}, but it
7093 does a floating-point calculation instead and produces @cite{1.5}.
7094
7095 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
7096 or the reciprocal of an integer.  But there is no efficient way to search
7097 the space of all possible rational numbers for an exact answer, so Calc
7098 doesn't try.
7099
7100 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
7101 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
7102
7103 @noindent
7104 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
7105 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
7106
7107 @group
7108 @smallexample
7109 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
7110     .          1:  3.74165738677      .                       .
7111                    .
7112
7113     r 1            RET A              /                       A
7114 @end smallexample
7115 @end group
7116
7117 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
7118 indeed have unit length.
7119
7120 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
7121 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
7122
7123 @noindent
7124 The average position is equal to the sum of the products of the
7125 positions times their corresponding probabilities.  This is the
7126 definition of the dot product operation.  So all you need to do
7127 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
7128
7129 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
7130 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
7131
7132 @noindent
7133 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
7134 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
7135
7136 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
7137 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
7138
7139 @ifnottex
7140 @group
7141 @example
7142    x + a y = 6
7143    x + b y = 10
7144 @end example
7145 @end group
7146 @end ifnottex
7147 @tex
7148 \turnoffactive
7149 \beforedisplay
7150 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
7151              x &+ b y = 10}
7152 $$
7153 \afterdisplay
7154 @end tex
7155
7156 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
7157 matrix as usual.
7158
7159 @group
7160 @smallexample
7161 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [6 - 4 a / (b - a), 4 / (b - a) ]
7162     .          1:  [ [ 1, a ]          .
7163                      [ 1, b ] ]
7164                    .
7165
7166 ' [6 10] RET     ' [1 a; 1 b] RET      /
7167 @end smallexample
7168 @end group
7169
7170 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable ``big'' display
7171 mode:
7172
7173 @group
7174 @smallexample
7175           4 a     4
7176 1:  [6 - -----, -----]
7177          b - a  b - a
7178 @end smallexample
7179 @end group
7180
7181 Type @kbd{d N} to return to ``normal'' display mode afterwards.
7182
7183 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
7184 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
7185
7186 @noindent
7187 To solve @c{$A^T A \, X = A^T B$}
7188 @cite{trn(A) * A * X = trn(A) * B}, first we compute
7189 @c{$A' = A^T A$}
7190 @cite{A2 = trn(A) * A} and @c{$B' = A^T B$}
7191 @cite{B2 = trn(A) * B}; now, we have a
7192 system @c{$A' X = B'$}
7193 @cite{A2 * X = B2} which we can solve using Calc's @samp{/}
7194 command.
7195
7196 @ifnottex
7197 @group
7198 @example
7199     a + 2b + 3c = 6
7200    4a + 5b + 6c = 2
7201    7a + 6b      = 3
7202    2a + 4b + 6c = 11
7203 @end example
7204 @end group
7205 @end ifnottex
7206 @tex
7207 \turnoffactive
7208 \beforedisplayh
7209 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
7210 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
7211    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7212    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7213    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
7214   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
7215  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
7216  7a&+&6b& &  &=3 \cr
7217  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
7218 $$
7219 \afterdisplayh
7220 @end tex
7221
7222 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
7223 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
7224 @c{$B'$}
7225 @cite{B2} vector.
7226
7227 @group
7228 @smallexample
7229 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
7230       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
7231       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
7232       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
7233     .                             .
7234
7235 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] RET  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
7236 @end smallexample
7237 @end group
7238
7239 @noindent
7240 Now we compute the matrix @c{$A'$}
7241 @cite{A2} and divide.
7242
7243 @group
7244 @smallexample
7245 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
7246 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
7247       [ 72, 81, 60 ]
7248       [ 39, 60, 81 ] ]
7249     .
7250
7251     r 7 v t r 7 *             /
7252 @end smallexample
7253 @end group
7254
7255 @noindent
7256 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
7257 round-off error.)
7258
7259 Notice that the answers are similar to those for the @c{$3\times3$}
7260 @asis{3x3} system
7261 solved in the text.  That's because the fourth equation that was
7262 added to the system is almost identical to the first one multiplied
7263 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
7264 answer since the @c{$4\times3$}
7265 @asis{4x3} system would be equivalent to the original @c{$3\times3$}
7266 @asis{3x3}
7267 system.)
7268
7269 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
7270 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
7271 the original system of equations to see how well they match.
7272
7273 @group
7274 @smallexample
7275 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
7276 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
7277       [ 4, 5, 6 ]
7278       [ 7, 6, 0 ]
7279       [ 2, 4, 6 ] ]
7280     .
7281
7282     r 7                            TAB *
7283 @end smallexample
7284 @end group
7285
7286 @noindent
7287 This is reasonably close to our original @cite{B} vector,
7288 @cite{[6, 2, 3, 11]}.
7289
7290 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7291 @subsection List Tutorial Exercise 1
7292
7293 @noindent
7294 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7295 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7296 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7297 plain @samp{-} key will work just as well.
7298
7299 @group
7300 @smallexample
7301 2:  2                              2:  2
7302 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7303     .                                  .
7304
7305     2  v x 9 RET                       5 V M -   or   5 -
7306 @end smallexample
7307 @end group
7308
7309 @noindent
7310 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7311 vector.
7312
7313 @group
7314 @smallexample
7315 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7316     .
7317
7318     V M ^
7319 @end smallexample
7320 @end group
7321
7322 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7323 @subsection List Tutorial Exercise 2
7324
7325 @noindent
7326 Given @cite{x} and @cite{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7327 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7328
7329 @ifnottex
7330 @example
7331    m*x + b*1 = y
7332 @end example
7333 @end ifnottex
7334 @tex
7335 \turnoffactive
7336 \beforedisplay
7337 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7338 \afterdisplay
7339 @end tex
7340
7341 Thus we want a @c{$19\times2$}
7342 @asis{19x2} matrix with our @cite{x} vector as one column and
7343 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7344 we combine the two columns to form our @cite{A} matrix.
7345
7346 @group
7347 @smallexample
7348 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7349 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7350     .                                 [ 1.49, 1 ]
7351                                       @dots{}
7352
7353     r 1 1 v b 19 RET                M-2 v p v t   s 3
7354 @end smallexample
7355 @end group
7356
7357 @noindent
7358 Now we compute @c{$A^T y$}
7359 @cite{trn(A) * y} and @c{$A^T A$}
7360 @cite{trn(A) * A} and divide.
7361
7362 @group
7363 @smallexample
7364 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7365     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7366                                 [  41.63,   19   ] ]
7367                               .
7368
7369  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7370 @end smallexample
7371 @end group
7372
7373 @noindent
7374 (Hey, those numbers look familiar!)
7375
7376 @group
7377 @smallexample
7378 1:  [0.52141679, -0.425978]
7379     .
7380
7381     /
7382 @end smallexample
7383 @end group
7384
7385 Since we were solving equations of the form @c{$m \times x + b \times 1 = y$}
7386 @cite{m*x + b*1 = y}, these
7387 numbers should be @cite{m} and @cite{b}, respectively.  Sure enough, they
7388 agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and @kbd{V R}!
7389
7390 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7391 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7392 arithmetic functions!
7393
7394 @c [fix-ref Curve Fitting]
7395 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7396 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7397
7398 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7399 @subsection List Tutorial Exercise 3
7400
7401 @noindent
7402 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-SPC} or
7403 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7404 and type @w{@kbd{M-# g}}.
7405
7406 @group
7407 @smallexample
7408 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7409     .
7410 @end smallexample
7411 @end group
7412
7413 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7414 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7415
7416 @group
7417 @smallexample
7418 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7419 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7420     .                          .
7421
7422     RET                        V R *
7423
7424 @end smallexample
7425 @end group
7426 @noindent
7427 @group
7428 @smallexample
7429 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7430 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7431     .                          .
7432
7433     TAB                        v l                 I ^
7434 @end smallexample
7435 @end group
7436
7437 @noindent
7438 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7439 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7440 then raise the number to that power.)
7441
7442 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7443 @subsection List Tutorial Exercise 4
7444
7445 @noindent
7446 A number @cite{j} is a divisor of @cite{n} if @c{$n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0$}
7447 @samp{n % j = 0}.  The first
7448 step is to get a vector that identifies the divisors.
7449
7450 @group
7451 @smallexample
7452 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7453 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7454     .                       .
7455
7456  30 RET v x 30 RET   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7457 @end smallexample
7458 @end group
7459
7460 @noindent
7461 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7462
7463 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7464 The first divisor function is the sum of the divisors.
7465
7466 @group
7467 @smallexample
7468 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7469            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7470            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7471                .
7472
7473    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7474 @end smallexample
7475 @end group
7476
7477 @noindent
7478 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7479 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7480
7481 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7482 @subsection List Tutorial Exercise 5
7483
7484 @noindent
7485 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7486 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7487 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7488 the list with a copy of itself shifted over by one.
7489
7490 @group
7491 @smallexample
7492 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7493     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7494                            .                        .
7495
7496     19551 k f              RET 0 |                  TAB 0 TAB |
7497
7498 @end smallexample
7499 @end group
7500 @noindent
7501 @group
7502 @smallexample
7503 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7504     .                        .              .
7505
7506     V M a =                  V R +          0 a =
7507 @end smallexample
7508 @end group
7509
7510 @noindent
7511 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7512 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7513 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7514 the job is pretty straightforward.
7515
7516 Incidentally, Calc provides the @c{\dfn{M\"obius} $\mu$}
7517 @dfn{Moebius mu} function which is
7518 zero if and only if its argument is square-free.  It would be a much
7519 more convenient way to do the above test in practice.
7520
7521 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7522 @subsection List Tutorial Exercise 6
7523
7524 @noindent
7525 First use @kbd{v x 6 RET} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7526 to get a list of lists of integers!
7527
7528 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7529 @subsection List Tutorial Exercise 7
7530
7531 @noindent
7532 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7533 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7534
7535 @group
7536 @smallexample
7537 1:  [ [0],
7538       [0, 1],
7539       [0, 1, 2],
7540       @dots{}
7541
7542     1 -
7543 @end smallexample
7544 @end group
7545
7546 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7547 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @cite{n}th
7548 triangular number is the sum of the integers from 1 to @cite{n}, and
7549 can be computed directly by the formula @c{$n (n+1) \over 2$}
7550 @cite{n * (n+1) / 2}.
7551
7552 @group
7553 @smallexample
7554 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7555 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7556     .                           .
7557
7558     v x 6 RET 1 -               V M ' $ ($+1)/2 RET
7559 @end smallexample
7560 @end group
7561
7562 @noindent
7563 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7564 result:
7565
7566 @group
7567 @smallexample
7568 1:  [ [0],
7569       [1, 2],
7570       [3, 4, 5],
7571       [6, 7, 8, 9],
7572       [10, 11, 12, 13, 14],
7573       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7574       .
7575
7576       V M +
7577 @end smallexample
7578 @end group
7579
7580 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7581 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7582 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7583 triangular list.
7584
7585 @group
7586 @smallexample
7587 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7588 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7589     .                           .
7590
7591     RET                         V M V R +
7592 @end smallexample
7593 @end group
7594
7595 @noindent
7596 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7597 since each element of the main vector is itself a small vector,
7598 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7599
7600 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7601 @subsection List Tutorial Exercise 8
7602
7603 @noindent
7604 The first step is to build a list of values of @cite{x}.
7605
7606 @group
7607 @smallexample
7608 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7609     .                       .                       .
7610
7611     v x 21 RET              1 -                     4 /  s 1
7612 @end smallexample
7613 @end group
7614
7615 Next, we compute the Bessel function values.
7616
7617 @group
7618 @smallexample
7619 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7620     .
7621
7622     V M ' besJ(1,$) RET
7623 @end smallexample
7624 @end group
7625
7626 @noindent
7627 (Another way to do this would be @kbd{1 TAB V M f j}.)
7628
7629 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7630 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7631
7632 @group
7633 @smallexample
7634 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7635 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7636     .                                                     .
7637
7638     RET V R X                      V M a =                RET V R +    DEL
7639 @end smallexample
7640 @end group
7641
7642 @noindent
7643 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7644 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of @c{$\sin x$}
7645 @cite{sin(x)}
7646 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7647
7648 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7649 the maximum value of @cite{x}.  Now it is a simple matter to convert
7650 this back into the corresponding value itself.
7651
7652 @group
7653 @smallexample
7654 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7655 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7656     .
7657
7658     r 1                         V M *                    V R +
7659 @end smallexample
7660 @end group
7661
7662 If @kbd{a =} had produced more than one @cite{1} value, this method
7663 would have given the sum of all maximum @cite{x} values; not very
7664 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7665 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7666 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7667 example, a vector of maximum @cite{x} values.
7668
7669 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7670 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7671 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7672
7673 @group
7674 @smallexample
7675 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7676 1:  [0 .. 5]                       .
7677     .
7678
7679 ' besJ(1,x), [0..5] RET            a X x RET
7680 @end smallexample
7681 @end group
7682
7683 @noindent
7684 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @cite{x}
7685 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7686 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7687
7688 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7689 @subsection List Tutorial Exercise 9
7690
7691 @noindent
7692 Step one is to convert our integer into vector notation.
7693
7694 @group
7695 @smallexample
7696 1:  25129925999           3:  25129925999
7697     .                     2:  10
7698                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7699                               .
7700
7701     25129925999 RET           10 RET 12 RET v x 12 RET -
7702
7703 @end smallexample
7704 @end group
7705 @noindent
7706 @group
7707 @smallexample
7708 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7709 2:  [100000000000, ... ]         .
7710     .
7711
7712     V M ^   s 1                  V M \
7713 @end smallexample
7714 @end group
7715
7716 @noindent
7717 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7718
7719 @group
7720 @smallexample
7721 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7722     .
7723
7724     10 V M %   s 2
7725 @end smallexample
7726 @end group
7727
7728 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7729 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7730 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7731 the right of it are nines.
7732
7733 @group
7734 @smallexample
7735 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7736     .                                          .
7737
7738     9 V M a =                                  v v
7739
7740 @end smallexample
7741 @end group
7742 @noindent
7743 @group
7744 @smallexample
7745 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7746     .                              .
7747
7748     V U *                          v v 1 |
7749 @end smallexample
7750 @end group
7751
7752 @noindent
7753 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7754 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7755 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7756 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7757 rightmost digit.
7758
7759 @group
7760 @smallexample
7761 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7762 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7763     .
7764
7765     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7766 @end smallexample
7767 @end group
7768
7769 @noindent
7770 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7771 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7772 digits that generated them.
7773
7774 Finally, we must convert this list back into an integer.
7775
7776 @group
7777 @smallexample
7778 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7779 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7780 1:  [100000000000, ... ]          .
7781     .
7782
7783     10 RET 12 ^  r 1              |
7784
7785 @end smallexample
7786 @end group
7787 @noindent
7788 @group
7789 @smallexample
7790 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7791     .                                            .
7792
7793     V M *                                        V R +
7794 @end smallexample
7795 @end group
7796
7797 @noindent
7798 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7799 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7800
7801 @group
7802 @smallexample
7803 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7804     .                             .
7805
7806                                   V R ' 10 $$ + $ RET
7807 @end smallexample
7808 @end group
7809
7810 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7811 @subsection List Tutorial Exercise 10
7812
7813 @noindent
7814 For the list @cite{[a, b, c, d]}, the result is @cite{((a = b) = c) = d},
7815 which will compare @cite{a} and @cite{b} to produce a 1 or 0, which is
7816 then compared with @cite{c} to produce another 1 or 0, which is then
7817 compared with @cite{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7818
7819 Here's a more correct method:
7820
7821 @group
7822 @smallexample
7823 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7824     .                    1:  7
7825                              .
7826
7827   ' [7,7,7,8,7] RET          RET v r 1 RET
7828
7829 @end smallexample
7830 @end group
7831 @noindent
7832 @group
7833 @smallexample
7834 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7835     .                        .
7836
7837     V M a =                  V R *
7838 @end smallexample
7839 @end group
7840
7841 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7842 @subsection List Tutorial Exercise 11
7843
7844 @noindent
7845 The circle of unit radius consists of those points @cite{(x,y)} for which
7846 @cite{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @cite{x^2}
7847 and a vector of @cite{y^2}.
7848
7849 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7850 commands.
7851
7852 @group
7853 @smallexample
7854 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7855 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7856     .                              .
7857
7858  v . t .  2. v b 100 RET RET       V M k r
7859
7860 @end smallexample
7861 @end group
7862 @noindent
7863 @group
7864 @smallexample
7865 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7866 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7867     .                              .
7868
7869     1 -  2 V M ^                   TAB  V M k r  1 -  2 V M ^
7870 @end smallexample
7871 @end group
7872
7873 Now we sum the @cite{x^2} and @cite{y^2} values, compare with 1 to
7874 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7875
7876 @group
7877 @smallexample
7878 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
7879     .                              .                     .
7880
7881     +                              1 V M a <             V R +
7882 @end smallexample
7883 @end group
7884
7885 @noindent
7886 The ratio @cite{84/100} should approximate the ratio @c{$\pi/4$}
7887 @cite{pi/4}.
7888
7889 @group
7890 @smallexample
7891 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
7892     .              .          1:  3.14159        .
7893
7894     100 /          4 *            P              /
7895 @end smallexample
7896 @end group
7897
7898 @noindent
7899 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
7900 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
7901 not very efficient!
7902
7903 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
7904 will be slightly different from the one shown here!)
7905
7906 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7907 return to full-sized display of vectors.
7908
7909 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
7910 @subsection List Tutorial Exercise 12
7911
7912 @noindent
7913 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
7914 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
7915 @cite{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @cite{x}
7916 component for one end of the match, pick a random direction @c{$\theta$}
7917 @cite{theta},
7918 and see if @cite{x} and @c{$x + \cos \theta$}
7919 @cite{x + cos(theta)} (which is the @cite{x}
7920 coordinate of the other endpoint) cross a line.  The lines are at
7921 integer coordinates, so this happens when the two numbers surround
7922 an integer.
7923
7924 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
7925 of the two endpoints as @cite{x}.  Then @cite{theta} is an angle pointing
7926 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
7927 it would feel like cheating to refer to @c{$\pi/2$}
7928 @cite{pi/2} radians while trying
7929 to estimate @c{$\pi$}
7930 @cite{pi}!)
7931
7932 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
7933 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
7934 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
7935 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
7936 Pick random @cite{x} and @c{$\theta$}
7937 @cite{theta}, compute @c{$x + \cos \theta$}
7938 @cite{x + cos(theta)},
7939 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
7940
7941 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7942 commands.
7943
7944 @group
7945 @smallexample
7946 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
7947     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
7948                                    .
7949
7950 v . t . 1. v b 100 RET  V M k r    180. v b 100 RET  V M k r  90 -
7951 @end smallexample
7952 @end group
7953
7954 @noindent
7955 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
7956
7957 @group
7958 @smallexample
7959 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
7960 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
7961     .
7962
7963     m d  V M C                     +
7964
7965 @end smallexample
7966 @end group
7967 @noindent
7968 @group
7969 @smallexample
7970 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
7971     .                        .                   .
7972
7973     1 V M a >                V R + 100 /         2 TAB /
7974 @end smallexample
7975 @end group
7976
7977 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
7978 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
7979 a random integer.
7980
7981 @group
7982 @smallexample
7983 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
7984 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
7985     .                                      .
7986
7987     1000000 v b 100 RET RET                V M k r  TAB  V M k r
7988
7989 @end smallexample
7990 @end group
7991 @noindent
7992 @group
7993 @smallexample
7994 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
7995     .                        .                      .
7996
7997     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
7998
7999 @end smallexample
8000 @end group
8001 @noindent
8002 @group
8003 @smallexample
8004 1:  10.714        1:  3.273
8005     .                 .
8006
8007     6 TAB /           Q
8008 @end smallexample
8009 @end group
8010
8011 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
8012 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
8013
8014 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
8015 return to full-sized display of vectors.
8016
8017 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
8018 @subsection List Tutorial Exercise 13
8019
8020 @noindent
8021 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
8022
8023 @group
8024 @smallexample
8025 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
8026     .
8027
8028     "Testing, 1, 2, 3 RET
8029 @end smallexample
8030 @end group
8031
8032 @noindent
8033 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
8034 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
8035 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
8036 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
8037
8038 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
8039 if the input vector is @cite{[a, b, c, d]}, then the hash code is
8040 @cite{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
8041 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
8042
8043 @group
8044 @smallexample
8045 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
8046 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
8047     .                              .
8048
8049     RET v l                        v x 16 RET -
8050
8051 @end smallexample
8052 @end group
8053 @noindent
8054 @group
8055 @smallexample
8056 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
8057 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
8058     .
8059
8060     3 TAB V M ^                    *                 511 %
8061 @end smallexample
8062 @end group
8063
8064 @noindent
8065 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
8066 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
8067 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
8068 function of two arguments that computes its first argument times three
8069 plus its second argument.
8070
8071 @group
8072 @smallexample
8073 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
8074     .                              .
8075
8076     "Testing, 1, 2, 3 RET          V R ' 3$$+$ RET
8077 @end smallexample
8078 @end group
8079
8080 @noindent
8081 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
8082 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
8083 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
8084
8085 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
8086 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
8087 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
8088 without affecting the result.  While this means there are more
8089 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
8090 the operations are faster.
8091
8092 @group
8093 @smallexample
8094 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
8095     .                              .
8096
8097     "Testing, 1, 2, 3 RET          V R ' (3$$+$)%511 RET
8098 @end smallexample
8099 @end group
8100
8101 Why does this work?  Think about a two-step computation:
8102 @w{@cite{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
8103 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
8104 So the result when we take the modulo after every step is,
8105
8106 @ifnottex
8107 @example
8108 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
8109 @end example
8110 @end ifnottex
8111 @tex
8112 \turnoffactive
8113 \beforedisplay
8114 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
8115 \afterdisplay
8116 @end tex
8117
8118 @noindent
8119 for some suitable integers @cite{m} and @cite{n}.  Expanding out by
8120 the distributive law yields
8121
8122 @ifnottex
8123 @example
8124 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
8125 @end example
8126 @end ifnottex
8127 @tex
8128 \turnoffactive
8129 \beforedisplay
8130 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
8131 \afterdisplay
8132 @end tex
8133
8134 @noindent
8135 The @cite{m} term in the latter formula is redundant because any
8136 contribution it makes could just as easily be made by the @cite{n}
8137 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
8138 @cite{n' = 3m + n},
8139
8140 @ifnottex
8141 @example
8142 9 a + 3 b + c - 511 n'
8143 @end example
8144 @end ifnottex
8145 @tex
8146 \turnoffactive
8147 \beforedisplay
8148 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n' $$
8149 \afterdisplay
8150 @end tex
8151
8152 @noindent
8153 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
8154 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
8155
8156 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
8157 basically automate the idea of reducing every intermediate result
8158 modulo some value @i{M}.
8159
8160 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
8161 @subsection List Tutorial Exercise 14
8162
8163 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
8164 step to an @cite{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
8165 otherwise the problem is quite straightforward.
8166
8167 @group
8168 @smallexample
8169 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
8170 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
8171     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
8172                      ...
8173
8174     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> RET
8175 @end smallexample
8176 @end group
8177
8178 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
8179 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
8180 before nesting even begins.
8181
8182 We now have a vector of @cite{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
8183 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
8184 to get a pair of vectors, @cite{x} and @cite{y}, suitable for graphing.
8185
8186 @group
8187 @smallexample
8188 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
8189 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
8190     .
8191
8192     v t  v u  g f
8193 @end smallexample
8194 @end group
8195
8196 Incidentally, because the @cite{x} and @cite{y} are completely
8197 independent in this case, we could have done two separate commands
8198 to create our @cite{x} and @cite{y} vectors of numbers directly.
8199
8200 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
8201 a random direction exactly gives us an @cite{[x, y]} step of unit
8202 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
8203 we might want to lower the precision a bit for it.
8204
8205 @group
8206 @smallexample
8207 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
8208 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
8209     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
8210                      ...
8211
8212     [0,0] 50   m d  p 6 RET   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> RET
8213 @end smallexample
8214 @end group
8215
8216 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
8217
8218 An interesting twist on these random walk functions would be to use
8219 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
8220 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
8221 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
8222 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
8223 Schwartz.)
8224
8225 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
8226 @subsection Types Tutorial Exercise 1
8227
8228 @noindent
8229 If the number is the square root of @c{$\pi$}
8230 @cite{pi} times a rational number,
8231 then its square, divided by @c{$\pi$}
8232 @cite{pi}, should be a rational number.
8233
8234 @group
8235 @smallexample
8236 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
8237     .                    .                    .
8238
8239                          2 ^ P /              c F
8240 @end smallexample
8241 @end group
8242
8243 @noindent
8244 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
8245 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
8246 happens to be the fraction which most closely represents some
8247 irrational number to within 12 digits.
8248
8249 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
8250 precision slightly and try again:
8251
8252 @group
8253 @smallexample
8254 1:  0.509433962268     1:  27:53
8255     .                      .
8256
8257     U p 10 RET             c F
8258 @end smallexample
8259 @end group
8260
8261 @noindent
8262 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
8263 this simple to within ten digits, so our original number was probably
8264 @c{$\sqrt{27 \pi / 53}$}
8265 @cite{sqrt(27 pi / 53)}.
8266
8267 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
8268 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
8269 to the current precision before they begin.
8270
8271 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
8272 @subsection Types Tutorial Exercise 2
8273
8274 @noindent
8275 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
8276 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
8277
8278 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
8279 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
8280 far as Calc is concerned all infinities are as just as big.
8281 In other words, as @cite{x} goes to infinity, @cite{e^x} also goes
8282 to infinity, but the fact the @cite{e^x} grows much faster than
8283 @cite{x} is not relevant here.
8284
8285 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8286 the input is infinite.
8287
8288 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @cite{(0, 1)}
8289 represents the imaginary number @cite{i}.  Here's a derivation:
8290 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8291 The first part is, by definition, @cite{i}; the second is @code{inf}
8292 because, once again, all infinities are the same size.
8293
8294 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8295 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8296 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8297 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8298
8299 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @cite{x} points,
8300 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8301
8302 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8303 input.  As in the @cite{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8304 here if you have turned on ``infinite'' mode.  Otherwise, it will
8305 treat @samp{ln(0)} as an error.
8306
8307 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8308 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8309
8310 @noindent
8311 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8312 @cite{a}, just by claiming that we added @cite{a} to the first
8313 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8314 values of @cite{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8315 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8316 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8317
8318 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8319 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8320 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8321 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8322
8323 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8324 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8325 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8326 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8327 unable to tell what the true answer is.
8328
8329 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8330 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8331
8332 @group
8333 @smallexample
8334 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8335 1:  17                          .
8336     .
8337
8338     0@@ 47' 26" RET 17           /
8339 @end smallexample
8340 @end group
8341
8342 @noindent
8343 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8344
8345 @group
8346 @smallexample
8347 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8348 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8349     .
8350
8351     20"                      +                      17 *
8352 @end smallexample
8353 @end group
8354
8355 @noindent
8356 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8357
8358 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8359 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8360
8361 @noindent
8362 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8363 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8364 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8365
8366 @group
8367 @smallexample
8368 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8369     .                         .                        .
8370
8371     ' <2/13> RET       DEL    ' <3/13> RET             t I
8372 @end smallexample
8373 @end group
8374
8375 @noindent
8376 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8377
8378 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8379 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8380 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8381 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8382 argument is exactly what we want to map over:
8383
8384 @group
8385 @smallexample
8386 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8387 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8388     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8389                                .
8390
8391     v x 6 RET                  V M t I
8392 @end smallexample
8393 @end group
8394
8395 @ifnottex
8396 @noindent
8397 Et voila, September 13, 1991 is a Friday.
8398 @end ifnottex
8399 @tex
8400 \noindent
8401 {\it Et voil{\accent"12 a}}, September 13, 1991 is a Friday.
8402 @end tex
8403
8404 @group
8405 @smallexample
8406 1:  242
8407     .
8408
8409 ' <sep 13> - <jan 14> RET
8410 @end smallexample
8411 @end group
8412
8413 @noindent
8414 And the answer to our original question:  242 days to go.
8415
8416 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8417 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8418
8419 @noindent
8420 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8421 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8422 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8423 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8424 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8425 don't know the leap year rule.
8426
8427 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8428 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8429 the number of days between now and then, and compare that to the
8430 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8431 equal to the number of leap years there were.
8432
8433 @group
8434 @smallexample
8435 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8436     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8437                                .
8438
8439   ' <jan 1 10001> RET         ' <jan 1 1991> RET          -
8440
8441 @end smallexample
8442 @end group
8443 @noindent
8444 @group
8445 @smallexample
8446 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8447 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8448 1:  1991              .               .
8449     .
8450
8451   10001 RET 1991      -               365 *           -
8452 @end smallexample
8453 @end group
8454
8455 @c [fix-ref Date Forms]
8456 @noindent
8457 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8458 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8459 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8460 background information in that regard.)
8461
8462 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8463 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8464
8465 @noindent
8466 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8467 @samp{+/-} notation may be used.
8468
8469 @group
8470 @smallexample
8471 1:  1.              2:  1.
8472     .               1:  0.2
8473                         .
8474
8475     20 RET .05 *        4 RET .05 *
8476 @end smallexample
8477 @end group
8478
8479 Now we simply chug through the formula.
8480
8481 @group
8482 @smallexample
8483 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8484     .                    .                        .
8485
8486     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 RET 2 ^ *
8487 @end smallexample
8488 @end group
8489
8490 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8491 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8492
8493 @group
8494 @smallexample
8495 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8496 2:  6316.5                1:  0.1118
8497 1:  706.21                    .
8498     .
8499
8500     RET v u                   TAB /
8501 @end smallexample
8502 @end group
8503
8504 @noindent
8505 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8506
8507 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8508 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8509
8510 @noindent
8511 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8512 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8513 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8514 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8515 but with no upper bound.
8516
8517 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8518
8519 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8520 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8521 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8522 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8523
8524 If you turn on ``infinite'' mode by pressing @kbd{m i}, you will
8525 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8526 as a possible value.
8527
8528 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8529 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8530 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8531 will be either greater than @i{0.1}, or less than @i{-0.1}.  Thus
8532 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8533 in it from @i{-0.1} to @i{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8534 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8535 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8536 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8537 that interval arithmetic can do in this case.
8538
8539 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8540 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8541
8542 @group
8543 @smallexample
8544 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8545     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8546                         .                 .
8547
8548     [ 3 n .. 3 ]        RET 2 ^           TAB RET *
8549 @end smallexample
8550 @end group
8551
8552 @noindent
8553 In the first case the result says, ``if a number is between @i{-3} and
8554 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8555 of two numbers each between @i{-3} and 3 is between @i{-9} and 9.''
8556
8557 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8558 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8559 for different numbers.
8560
8561 The same issue arises when you try to square an error form.
8562
8563 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8564 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8565
8566 @noindent
8567 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @cite{x}.
8568
8569 @group
8570 @smallexample
8571 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8572     .                      811749612              .
8573                            .
8574
8575     17 M 811749613 RET     811749612              ^
8576 @end smallexample
8577 @end group
8578
8579 @noindent
8580 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8581 must not be prime.
8582
8583 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8584 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8585 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8586 use this method to test the second number.
8587
8588 @group
8589 @smallexample
8590 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8591 1:  15485863                           .
8592     .
8593
8594  [17 42 100000] 15485863 RET           V M ' ($$ mod $)^($-1) RET
8595 @end smallexample
8596 @end group
8597
8598 @noindent
8599 The result is three ones (modulo @cite{n}), so it's very probable that
8600 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8601
8602 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8603 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8604 the power using full integer arithmetic.
8605
8606 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8607 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8608 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8609 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8610
8611 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8612 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8613
8614 @noindent
8615 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8616 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8617 multiply the number by an HMS form representing one second:
8618
8619 @group
8620 @smallexample
8621 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8622     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8623                           .
8624
8625     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8626
8627 @end smallexample
8628 @end group
8629 @noindent
8630 @group
8631 @smallexample
8632 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8633 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8634     .
8635
8636     x time RET                         +
8637 @end smallexample
8638 @end group
8639
8640 @noindent
8641 It will be just after six in the morning.
8642
8643 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8644 HMS form:
8645
8646 @group
8647 @smallexample
8648 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8649     .                                 .
8650
8651   ' hms(0, 0, 1e7 pi) RET             =
8652 @end smallexample
8653 @end group
8654
8655 @noindent
8656 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8657 the actual number 3.14159...
8658
8659 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8660 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8661
8662 @noindent
8663 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8664 each.
8665
8666 @group
8667 @smallexample
8668 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8669 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8670     .
8671
8672     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8673
8674 @end smallexample
8675 @end group
8676 @noindent
8677 @group
8678 @smallexample
8679 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8680     .
8681
8682     17 *
8683 @end smallexample
8684 @end group
8685
8686 @noindent
8687 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8688
8689 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8690 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8691
8692 @noindent
8693 Type @kbd{' 1 yr RET u c s RET}.  The answer is 31557600 seconds.
8694
8695 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8696 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8697
8698 @noindent
8699 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8700 to the other?
8701
8702 @group
8703 @smallexample
8704 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8705     .                 .
8706
8707  ' 1 m / c RET        u c ns RET
8708 @end smallexample
8709 @end group
8710
8711 @noindent
8712 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8713
8714 @group
8715 @smallexample
8716 1:  3.3356 ns     1:  0.81356 ns / ns     1:  0.81356
8717 2:  4.1 ns            .                       .
8718     .
8719
8720   ' 4.1 ns RET        /                       u s
8721 @end smallexample
8722 @end group
8723
8724 @noindent
8725 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8726 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8727 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8728
8729 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8730 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8731
8732 @noindent
8733 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8734 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8735
8736 @group
8737 @smallexample
8738 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8739     .              1:  5 yd / hr            .
8740                        .
8741
8742   ' 55 mph RET       ' 5 yd/hr RET          /
8743 @end smallexample
8744 @end group
8745
8746 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8747 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8748 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8749
8750 @group
8751 @smallexample
8752 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8753     .            1:  2                .
8754                      .
8755
8756     u s              2                B
8757 @end smallexample
8758 @end group
8759
8760 @noindent
8761 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8762
8763 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8764 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8765
8766 @noindent
8767 @c [fix-ref Declarations]
8768 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @cite{x} by the
8769 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8770 if @w{@cite{x = -4}}.)  If @cite{x} is real, this formula could be
8771 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8772 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8773 that @cite{x} is known to be real.)
8774
8775 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8776 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8777
8778 @noindent
8779 Suppose our roots are @cite{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8780 is zero when @cite{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8781 @cite{x-a} is zero when @cite{x=a}, so the product @cite{(x-a)(x-b)(x-c)}
8782 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8783 familiar form.
8784
8785 @group
8786 @smallexample
8787 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8788     .                          .
8789
8790     r 2                        a P x RET
8791
8792 @end smallexample
8793 @end group
8794 @noindent
8795 @group
8796 @smallexample
8797 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  (x - 1.19023) (x + 1.19023) x
8798     .                                     .
8799
8800     V M ' x-$ RET                         V R *
8801
8802 @end smallexample
8803 @end group
8804 @noindent
8805 @group
8806 @smallexample
8807 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8808     .                          .
8809
8810     a c x RET                  24 n *  a x
8811 @end smallexample
8812 @end group
8813
8814 @noindent
8815 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8816 same as the original polynomial.
8817
8818 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8819 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8820
8821 @group
8822 @smallexample
8823 1:  x sin(pi x)         1:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8824     .                       .
8825
8826   ' x sin(pi x) RET   m r   a i x RET
8827
8828 @end smallexample
8829 @end group
8830 @noindent
8831 @group
8832 @smallexample
8833 1:  [y, 1]
8834 2:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8835     .
8836
8837   ' [y,1] RET TAB
8838
8839 @end smallexample
8840 @end group
8841 @noindent
8842 @group
8843 @smallexample
8844 1:  [(sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2, (sin(pi) - pi cos(pi)) / pi^2]
8845     .
8846
8847     V M $ RET
8848
8849 @end smallexample
8850 @end group
8851 @noindent
8852 @group
8853 @smallexample
8854 1:  (sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2 + (pi cos(pi) - sin(pi)) / pi^2
8855     .
8856
8857     V R -
8858
8859 @end smallexample
8860 @end group
8861 @noindent
8862 @group
8863 @smallexample
8864 1:  (sin(3.14159 y) - 3.14159 y cos(3.14159 y)) / 9.8696 - 0.3183
8865     .
8866
8867     =
8868
8869 @end smallexample
8870 @end group
8871 @noindent
8872 @group
8873 @smallexample
8874 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8875     .
8876
8877     v x 5 RET  TAB  V M $ RET
8878 @end smallexample
8879 @end group
8880
8881 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8882 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8883
8884 @noindent
8885 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
8886 the contributions from the slices, since the slices have varying
8887 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
8888 coefficients.  Here's one way:
8889
8890 @group
8891 @smallexample
8892 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
8893 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
8894     .                      .
8895
8896     1 n v x 9 RET          V M ^  3 TAB             -
8897
8898 @end smallexample
8899 @end group
8900 @noindent
8901 @group
8902 @smallexample
8903 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8904     .                          .
8905
8906     1 |                        1 TAB |
8907 @end smallexample
8908 @end group
8909
8910 @noindent
8911 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
8912 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
8913
8914 @group
8915 @smallexample
8916 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8917 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
8918     .
8919
8920  11 RET 1 RET .1 RET  C-u v x
8921
8922 @end smallexample
8923 @end group
8924 @noindent
8925 @group
8926 @smallexample
8927 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8928 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
8929     .
8930
8931     ' sin(x) ln(x) RET   m r  p 5 RET   V M $ RET
8932 @end smallexample
8933 @end group
8934
8935 @noindent
8936 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
8937 same thing.
8938
8939 @group
8940 @smallexample
8941 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
8942     .              .              .
8943
8944     *              .1 *           3 /
8945 @end smallexample
8946 @end group
8947
8948 @noindent
8949 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
8950
8951 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
8952 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
8953
8954 @noindent
8955 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
8956
8957 @group
8958 @smallexample
8959                                                ___
8960                                           2 + V 2
8961 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  --------
8962     .                                          ___
8963                                           1 + V 2
8964
8965                                           .
8966
8967   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) RET         d B
8968 @end smallexample
8969 @end group
8970
8971 @noindent
8972 Multiplying by the conjugate helps because @cite{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
8973
8974 @group
8975 @smallexample
8976           ___    ___
8977 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
8978     .
8979
8980   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) RET
8981
8982 @end smallexample
8983 @end group
8984 @noindent
8985 @group
8986 @smallexample
8987          ___                         ___
8988 1:  2 + V 2  - 2                1:  V 2
8989     .                               .
8990
8991   a r a*(b+c) := a*b + a*c          a s
8992 @end smallexample
8993 @end group
8994
8995 @noindent
8996 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
8997 second step.)
8998
8999 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
9000 different circumstances, such as when the denominator involves
9001 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
9002
9003 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
9004 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
9005
9006 @noindent
9007 Here is the rule set:
9008
9009 @group
9010 @smallexample
9011 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
9012   fib(1, x, y) := x,
9013   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
9014 @end smallexample
9015 @end group
9016
9017 @noindent
9018 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
9019 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
9020 second rule converts back from three-argument form once the computation
9021 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
9022 says that if @cite{x} and @cite{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
9023 then @cite{y} and @cite{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
9024 numbers.
9025
9026 Notice that because the number @cite{n} was ``validated'' by the
9027 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
9028 the other rules because the rule set would never get that far unless
9029 the input were valid.  That further speeds computation, since no
9030 extra conditions need to be checked at every step.
9031
9032 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
9033 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
9034 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
9035 help keep this from happening by accident would be to use something like
9036 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
9037 function.
9038
9039 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
9040 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
9041
9042 @noindent
9043 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
9044 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
9045 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
9046 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
9047 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
9048 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
9049 to make sure the rule applied only once.
9050
9051 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
9052 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
9053 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
9054 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
9055 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
9056 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
9057 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
9058 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
9059 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
9060
9061 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
9062 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
9063
9064 @noindent
9065 @c @starindex
9066 @tindex seq
9067 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
9068
9069 @group
9070 @smallexample
9071 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
9072   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
9073 @end smallexample
9074 @end group
9075
9076 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
9077 rules produces the following sequence of formulas:
9078
9079 @example
9080 seq( 3, 1)
9081 seq(10, 2)
9082 seq( 5, 3)
9083 seq(16, 4)
9084 seq( 8, 5)
9085 seq( 4, 6)
9086 seq( 2, 7)
9087 seq( 1, 8)
9088 @end example
9089
9090 @noindent
9091 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
9092
9093 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
9094
9095 @group
9096 @smallexample
9097 [ seq(n) := seq(n, 0),
9098   seq(1, c) := c,
9099   ... ]
9100 @end smallexample
9101 @end group
9102
9103 @noindent
9104 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
9105 as the result.
9106
9107 The change to return a vector is quite simple:
9108
9109 @group
9110 @smallexample
9111 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
9112   seq(1, v) := v | 1,
9113   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
9114   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
9115 @end smallexample
9116 @end group
9117
9118 @noindent
9119 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
9120
9121 Notice that the @cite{n > 1} guard is no longer necessary on the last
9122 rule since the @cite{n = 1} case is now detected by another rule.
9123 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
9124 initial value is suitable before the computation begins.
9125
9126 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
9127 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
9128 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
9129 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
9130 apply and the rewrites will stop right away.
9131
9132 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
9133 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
9134
9135 @noindent
9136 @c @starindex
9137 @tindex nterms
9138 If @cite{x} is the sum @cite{a + b}, then `@t{nterms(}@i{x}@t{)}' must
9139 be `@t{nterms(}@i{a}@t{)}' plus `@t{nterms(}@i{b}@t{)}'.  If @cite{x}
9140 is not a sum, then `@t{nterms(}@i{x}@t{)}' = 1.
9141
9142 @group
9143 @smallexample
9144 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
9145   nterms(x)     := 1 ]
9146 @end smallexample
9147 @end group
9148
9149 @noindent
9150 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
9151 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
9152 already know that @samp{x} is not a sum.
9153
9154 @node Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 7, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
9155 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
9156
9157 Just put the rule @samp{0^0 := 1} into @code{EvalRules}.  For example,
9158 before making this definition we have:
9159
9160 @group
9161 @smallexample
9162 2:  [-2, -1, 0, 1, 2]                1:  [1, 1, 0^0, 1, 1]
9163 1:  0                                    .
9164     .
9165
9166     v x 5 RET  3 -  0                    V M ^
9167 @end smallexample
9168 @end group
9169
9170 @noindent
9171 But then:
9172
9173 @group
9174 @smallexample
9175 2:  [-2, -1, 0, 1, 2]                1:  [1, 1, 1, 1, 1]
9176 1:  0                                    .
9177     .
9178
9179     U  ' 0^0:=1 RET s t EvalRules RET    V M ^
9180 @end smallexample
9181 @end group
9182
9183 Perhaps more surprisingly, this rule still works with infinite mode
9184 turned on.  Calc tries @code{EvalRules} before any built-in rules for
9185 a function.  This allows you to override the default behavior of any
9186 Calc feature:  Even though Calc now wants to evaluate @cite{0^0} to
9187 @code{nan}, your rule gets there first and evaluates it to 1 instead.
9188
9189 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
9190 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
9191 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
9192
9193 @node Rewrites Answer 7, Programming Answer 1, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
9194 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 7
9195
9196 @noindent
9197 Here is a rule set that will do the job:
9198
9199 @group
9200 @smallexample
9201 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
9202   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
9203      :: constant(a) :: constant(b),
9204   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
9205      :: constant(a) :: constant(b),
9206   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
9207   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
9208   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
9209 @end smallexample
9210 @end group
9211
9212 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
9213 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
9214 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
9215 say, @code{O}, first.
9216
9217 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
9218 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
9219 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
9220 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
9221 you if you put it into @code{EvalRules}!
9222
9223 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
9224 The optional constant coefficients are there mostly so that
9225 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
9226 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
9227
9228 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
9229
9230 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
9231 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
9232 with @samp{a = 1/4}.)
9233
9234 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
9235 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
9236 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
9237 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
9238 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
9239
9240 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
9241
9242 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
9243 that represents truncated power series.  We might represent these as
9244 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
9245 a vector of coefficients for @cite{x^0}, @cite{x^1}, @cite{x^2}, and so
9246 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
9247 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
9248 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
9249 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
9250 you could still enter power series in exactly the same notation as
9251 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
9252 although the objects would be a bit harder to read.
9253
9254 @c [fix-ref Compositions]
9255 Some other symbolic math programs provide a power series data type
9256 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
9257 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
9258 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
9259 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
9260 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
9261 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
9262 objects have a special display format that makes them look like
9263 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
9264 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
9265 this it would probably be better to write the formatting routine
9266 in Lisp.)
9267
9268 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 7, Answers to Exercises
9269 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
9270
9271 @noindent
9272 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
9273 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
9274 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
9275 change this to @samp{(x)} since @cite{t} is really a dummy variable
9276 to be used within @code{ninteg}.
9277
9278 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si RET RET C-b C-b DEL DEL RET y}.
9279 (The @kbd{C-b C-b DEL DEL} are what fix the argument list.)
9280
9281 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
9282 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
9283
9284 @noindent
9285 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
9286 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-TAB n M-TAB M-TAB C-x )}.
9287
9288 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
9289 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
9290
9291 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
9292 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
9293 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
9294
9295 Just for kicks, let's also do it algebraically:
9296 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ RET C-x )}}.
9297
9298 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
9299 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
9300
9301 @noindent
9302 Each of these functions can be computed using the stack, or using
9303 algebraic entry, whichever way you prefer:
9304
9305 @noindent
9306 Computing @c{$\displaystyle{\sin x \over x}$}
9307 @cite{sin(x) / x}:
9308
9309 Using the stack:  @kbd{C-x (  RET S TAB /  C-x )}.
9310
9311 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ RET  C-x )}.
9312
9313 @noindent
9314 Computing the logarithm:
9315
9316 Using the stack:  @kbd{C-x (  TAB B  C-x )}
9317
9318 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) RET  C-x )}.
9319
9320 @noindent
9321 Computing the vector of integers:
9322
9323 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 RET 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9324 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9325 from the stack.)
9326
9327 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9328 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9329 next command.)
9330
9331 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) RET  C-x )}.
9332
9333 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9334 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9335
9336 @noindent
9337 Here's one way:  @kbd{C-x ( RET V R + TAB v l / C-x )}.
9338
9339 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9340 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9341
9342 @group
9343 @smallexample
9344 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9345 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9346     .                                            .
9347
9348    1 RET 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9349 @end smallexample
9350 @end group
9351
9352 @noindent
9353 This answer is quite accurate.
9354
9355 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9356 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9357
9358 @noindent
9359 Here is the matrix:
9360
9361 @example
9362 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9363   [ 1, 1 ] ]
9364 @end example
9365
9366 @noindent
9367 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @cite{n+1}
9368 and @cite{n+2}.  Here's one program that does the job:
9369
9370 @example
9371 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] RET v u DEL C-x )
9372 @end example
9373
9374 @noindent
9375 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9376 matrix (or other value) to the power @cite{n} in only @c{$\log_2 n$}
9377 @cite{log(n,2)}
9378 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9379 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9380 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9381 required so many steps that it would not have been practical.
9382
9383 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9384 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9385
9386 @noindent
9387 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9388 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9389 a separate variable to hold the integer counter.
9390
9391 @group
9392 @smallexample
9393 1:  1          2:  1       1:  .
9394     .          1:  4
9395                    .
9396
9397     1 t 1       1 RET 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9398 @end smallexample
9399 @end group
9400
9401 @noindent
9402 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9403 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9404 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9405 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9406 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9407 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9408 loop counter exceeds 4.
9409
9410 @group
9411 @smallexample
9412 2:  31                  3:  31
9413 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9414     .                   1:  4.02724519544
9415                             .
9416
9417     r 1 r 2                 RET 31 & +
9418 @end smallexample
9419 @end group
9420
9421 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9422 harmonic number is 4.02.
9423
9424 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9425 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9426
9427 @noindent
9428 The first step is to compute the derivative @cite{f'(x)} and thus
9429 the formula @c{$\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}$}
9430 @cite{x - f(x)/f'(x)}.
9431
9432 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9433 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9434 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9435 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9436 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9437 just for purposes of illustration.)
9438
9439 @group
9440 @smallexample
9441 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9442 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9443     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9444                                      .
9445
9446 ' sin(cos(x))-0.5 RET 4.5  m r  C-x ( Z `  TAB RET a d x RET
9447
9448 @end smallexample
9449 @end group
9450 @noindent
9451 @group
9452 @smallexample
9453 2:  4.5
9454 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9455     .
9456
9457     /  ' x RET TAB -   t 1
9458 @end smallexample
9459 @end group
9460
9461 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9462 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9463 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9464 repetitions are done.)
9465
9466 @group
9467 @smallexample
9468 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9469     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9470                 1:  4.5                         .
9471                     .
9472
9473   20 Z <          RET r 1 TAB                 s l x RET
9474 @end smallexample
9475 @end group
9476
9477 This is the new guess for @cite{x}.  Now we compare it with the
9478 old one to see if we've converged.
9479
9480 @group
9481 @smallexample
9482 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9483 2:  5.24196     1:  0               .               .
9484 1:  4.5             .
9485     .
9486
9487   RET M-TAB         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9488 @end smallexample
9489 @end group
9490
9491 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9492 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9493
9494 @group
9495 @smallexample
9496 2:  5.26345856348
9497 1:  0.499999999997
9498     .
9499
9500  RET ' sin(cos($)) RET
9501 @end smallexample
9502 @end group
9503
9504 Let's test the new definition again:
9505
9506 @group
9507 @smallexample
9508 2:  x^2 - 9           1:  3.
9509 1:  1                     .
9510     .
9511
9512   ' x^2-9 RET 1           X
9513 @end smallexample
9514 @end group
9515
9516 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9517
9518 @group
9519 @example
9520 C-x ( Z `  TAB RET a d x RET  /  ' x RET TAB -  t 1
9521            20 Z <  RET r 1 TAB  s l x RET
9522                    RET M-TAB  a =  Z /
9523               Z >
9524       Z '
9525 C-x )
9526 @end example
9527 @end group
9528
9529 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9530 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9531 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9532 to see how to use it.
9533
9534 @c [fix-ref Root Finding]
9535 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9536 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9537 @xref{Root Finding}.
9538
9539 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9540 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9541
9542 @noindent
9543 The first step is to adjust @cite{z} to be greater than 5.  A simple
9544 ``for'' loop will do the job here.  If @cite{z} is less than 5, we
9545 reduce the problem using @c{$\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z$}
9546 @cite{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9547 on to compute @c{$\psi(z+1)$}
9548 @cite{psi(z+1)}, and remember to add back a factor of
9549 @cite{-1/z} when we're done.  This step is repeated until @cite{z > 5}.
9550
9551 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9552 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9553 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9554 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9555 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9556 just for purposes of illustration.)
9557
9558 @group
9559 @smallexample
9560 1:  1.             1:  1.
9561     .                  .
9562
9563  1.0 RET       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9564 @end smallexample
9565 @end group
9566
9567 Here, variable 1 holds @cite{z} and variable 2 holds the adjustment
9568 factor.  If @cite{z < 5}, we use a loop to increase it.
9569
9570 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9571 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9572 and will never converge because fractions compare equal only if they
9573 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9574
9575 @group
9576 @smallexample
9577 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9578 2:  1.      1:  1            .
9579 1:  5           .
9580     .
9581
9582   RET 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9583 @end smallexample
9584 @end group
9585
9586 Now we compute the initial part of the sum:  @c{$\ln z - {1 \over 2z}$}
9587 @cite{ln(z) - 1/2z}
9588 minus the adjustment factor.
9589
9590 @group
9591 @smallexample
9592 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9593 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9594     .                      .
9595
9596     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9597 @end smallexample
9598 @end group
9599
9600 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9601 up the value of @cite{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9602 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9603
9604 @group
9605 @smallexample
9606 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9607 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9608 1:  40            1:  2              2:  2                .
9609     .                 .              1:  36.
9610                                          .
9611
9612    2 RET 40        Z ( RET k b TAB     RET r 1 TAB ^      * /
9613
9614 @end smallexample
9615 @end group
9616 @noindent
9617 @group
9618 @smallexample
9619 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9620 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9621 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9622     .                 .
9623
9624   TAB RET M-TAB       - RET M-TAB      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9625 @end smallexample
9626 @end group
9627
9628 This is the value of @c{$-\gamma$}
9629 @cite{- gamma}, with a slight bit of roundoff error.
9630 To get a full 12 digits, let's use a higher precision:
9631
9632 @group
9633 @smallexample
9634 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9635 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9636
9637     1. RET                   p 16 RET X
9638 @end smallexample
9639 @end group
9640
9641 Here's the complete sequence of keystrokes:
9642
9643 @group
9644 @example
9645 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9646            RET 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9647            L r 1 2 * & - r 2 -
9648            2 RET 40  Z (  RET k b TAB RET r 1 TAB ^ * /
9649                           TAB RET M-TAB - RET M-TAB a = Z /
9650                   2  Z )
9651       Z '
9652 C-x )
9653 @end example
9654 @end group
9655
9656 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9657 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9658
9659 @noindent
9660 Taking the derivative of a term of the form @cite{x^n} will produce
9661 a term like @c{$n x^{n-1}$}
9662 @cite{n x^(n-1)}.  Taking the derivative of a constant
9663 produces zero.  From this it is easy to see that the @cite{n}th
9664 derivative of a polynomial, evaluated at @cite{x = 0}, will equal the
9665 coefficient on the @cite{x^n} term times @cite{n!}.
9666
9667 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9668 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9669 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9670 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9671 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9672 just for purposes of illustration.)
9673
9674 @group
9675 @smallexample
9676 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9677 1:  6                          2:  0
9678     .                          1:  6
9679                                    .
9680
9681   ' 5 x^4 + (x+1)^2 RET 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 TAB
9682 @end smallexample
9683 @end group
9684
9685 @noindent
9686 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9687
9688 @group
9689 @smallexample
9690 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9691 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9692     .              1:  1                      .
9693                        .
9694
9695    Z ( TAB         RET 0 s l x RET            M-TAB ! /  s | 1
9696 @end smallexample
9697 @end group
9698
9699 @noindent
9700 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9701 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9702 have written instead, @kbd{r 1 TAB | t 1}.
9703
9704 @group
9705 @smallexample
9706 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9707     .                         .             .
9708
9709     a d x RET                 1 Z )         DEL r 1  Z ' C-x )
9710 @end smallexample
9711 @end group
9712
9713 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9714 against a table of powers of @cite{x}.
9715
9716 @group
9717 @smallexample
9718 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9719 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9720     .                            .
9721
9722     6 RET                        1 + 0 RET 1 C-u v x
9723
9724 @end smallexample
9725 @end group
9726 @noindent
9727 @group
9728 @smallexample
9729 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9730 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9731     .
9732
9733     ' x RET TAB V M ^            *
9734 @end smallexample
9735 @end group
9736
9737 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9738
9739 @group
9740 @example
9741 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 TAB
9742            Z (  TAB RET 0 s l x RET M-TAB ! /  s | 1
9743                 a d x RET
9744          1 Z ) r 1
9745       Z '
9746 C-x )
9747
9748 C-x (  1 + 0 RET 1 C-u v x ' x RET TAB V M ^ *  C-x )
9749 @end example
9750 @end group
9751
9752 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9753 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9754
9755 @noindent
9756 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9757 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9758 return one number, so @kbd{DEL} as a dummy definition will make
9759 sure the stack comes out right.
9760
9761 @group
9762 @smallexample
9763 2:  4          1:  4                         2:  4
9764 1:  2              .                         1:  2
9765     .                                            .
9766
9767   4 RET 2       C-x ( DEL C-x )  Z K s RET       2
9768 @end smallexample
9769 @end group
9770
9771 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9772 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9773 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9774 to the form @cite{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9775
9776 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9777 below.  You can use @kbd{M-# m} to load it from there.)
9778
9779 @group
9780 @smallexample
9781 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9782 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9783     .        2:  4       1:  0           .
9784              1:  2           .
9785                  .
9786
9787   C-x (       M-2 RET        a =         Z [  DEL DEL 1  Z :
9788
9789 @end smallexample
9790 @end group
9791 @noindent
9792 @group
9793 @smallexample
9794 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9795 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9796 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9797 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9798     .                                                .        .
9799
9800   RET 0   a = Z [  DEL DEL 0  Z :  TAB 1 - TAB   M-2 RET     1 -      z s
9801 @end smallexample
9802 @end group
9803
9804 @noindent
9805 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9806 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9807
9808 @group
9809 @smallexample
9810 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9811 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9812 1:  2               2:  3           1:  3           .
9813     .               1:  2               .
9814                         .
9815
9816  M-TAB M-TAB     TAB RET M-TAB         z s          *          -
9817
9818 @end smallexample
9819 @end group
9820 @noindent
9821 @group
9822 @smallexample
9823 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9824     .                           1:  2              .       1:  11
9825                                     .                          .
9826
9827   Z ] Z ] C-x )   Z K s RET      DEL 4 RET 2       z s      M-RET k s
9828 @end smallexample
9829 @end group
9830
9831 Even though the result that we got during the definition was highly
9832 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9833 the right answers.
9834
9835 Here's the full program once again:
9836
9837 @group
9838 @example
9839 C-x (  M-2 RET a =
9840        Z [  DEL DEL 1
9841        Z :  RET 0 a =
9842             Z [  DEL DEL 0
9843             Z :  TAB 1 - TAB M-2 RET 1 - z s
9844                  M-TAB M-TAB TAB RET M-TAB z s * -
9845             Z ]
9846        Z ]
9847 C-x )
9848 @end example
9849 @end group
9850
9851 You can read this definition using @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro})
9852 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9853 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9854 definition as it reads it in.  For this reason, @code{M-# m} is often
9855 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9856
9857 @node Programming Answer 12, , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9858 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9859
9860 @noindent
9861 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9862 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9863
9864 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9865 Stirling numbers in a convenient variable:
9866
9867 @smallexample
9868 s e StirlingRules RET
9869 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9870   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9871   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9872 C-c C-c
9873 @end smallexample
9874
9875 Now, it's just a matter of applying the rules:
9876
9877 @group
9878 @smallexample
9879 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9880 1:  2              .                        .
9881     .
9882
9883   4 RET 2       C-x (  ' s($$,$) RET     a r StirlingRules RET  C-x )
9884 @end smallexample
9885 @end group
9886
9887 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9888 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9889 the last rule.
9890
9891 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9892 @tex
9893 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9894 @end tex
9895
9896 @c [reference]
9897
9898 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9899 @chapter Introduction
9900
9901 @noindent
9902 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9903 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9904 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9905
9906 @c [when-split]
9907 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
9908
9909 @menu
9910 * Basic Commands::
9911 * Help Commands::
9912 * Stack Basics::
9913 * Numeric Entry::
9914 * Algebraic Entry::
9915 * Quick Calculator::
9916 * Keypad Mode::
9917 * Prefix Arguments::
9918 * Undo::
9919 * Error Messages::
9920 * Multiple Calculators::
9921 * Troubleshooting Commands::
9922 @end menu
9923
9924 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
9925 @section Basic Commands
9926
9927 @noindent
9928 @pindex calc
9929 @pindex calc-mode
9930 @cindex Starting the Calculator
9931 @cindex Running the Calculator
9932 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
9933 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
9934 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
9935 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
9936 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
9937 Mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
9938 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
9939 list of the results of all calculations that have been done.  The
9940 Calc Trail buffer uses a variant of Calc Mode, so Calculator commands
9941 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
9942 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
9943 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.@refill
9944
9945 @kindex M-# c
9946 @kindex M-# M-#
9947 @c @mindex @null
9948 @kindex M-# #
9949 In most installations, the @kbd{M-# c} key sequence is a more
9950 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{M-# M-#} and
9951 @kbd{M-# #} are synonyms for @kbd{M-# c} unless you last used Calc
9952 in its ``keypad'' mode.
9953
9954 @kindex x
9955 @kindex M-x
9956 @pindex calc-execute-extended-command
9957 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
9958 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
9959 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
9960 key (@code{calc-execute-extended-command})
9961 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
9962 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
9963 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.@refill
9964
9965 @cindex Extensions module
9966 @cindex @file{calc-ext} module
9967 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{M-# c}, the
9968 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
9969 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
9970 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
9971 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
9972 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
9973 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
9974 extension module automatically, you can force it to load all the
9975 extensions by using the @kbd{M-# L} (@code{calc-load-everything})
9976 command.  @xref{Mode Settings}.@refill
9977
9978 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{M-# c} with any numeric prefix argument,
9979 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
9980 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
9981 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
9982 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
9983 to auto-load the Calculator.@refill
9984
9985 @kindex M-# b
9986 @pindex full-calc
9987 If you type @kbd{M-# b}, then next time you use @kbd{M-# c} you
9988 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
9989 When full-screen mode is on, @kbd{M-# c} runs the @code{full-calc}
9990 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
9991 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
9992 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
9993 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
9994
9995 @kindex M-# o
9996 @pindex calc-other-window
9997 The @kbd{M-# o} command is like @kbd{M-# c} except that the Calc
9998 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
9999 window, @kbd{M-# o} switches you out of it.  (The regular Emacs
10000 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
10001 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
10002 @kbd{M-# o} takes care not to do.)
10003
10004 @c @mindex M-# q
10005 For one quick calculation, you can type @kbd{M-# q} (@code{quick-calc})
10006 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
10007 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
10008 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
10009
10010 @c @mindex M-# k
10011 Finally, if you are using the X window system you may want to try
10012 @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
10013 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
10014 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
10015
10016 @kindex q
10017 @pindex calc-quit
10018 @cindex Quitting the Calculator
10019 @cindex Exiting the Calculator
10020 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc Mode and closes the
10021 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
10022 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
10023 contents of the stack intact.  Typing @kbd{M-# c} or @kbd{M-# M-#}
10024 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
10025 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{M-# M-#} as toggling the
10026 Calculator on and off.@refill
10027
10028 @kindex M-# x
10029 The @kbd{M-# x} command also turns the Calculator off, no matter which
10030 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
10031 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
10032
10033 @kindex d SPC
10034 @pindex calc-refresh
10035 @cindex Refreshing a garbled display
10036 @cindex Garbled displays, refreshing
10037 The @kbd{d SPC} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
10038 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
10039 buffer have been damaged somehow.
10040
10041 @c @mindex o
10042 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
10043 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
10044
10045 @kindex <
10046 @kindex >
10047 @pindex calc-scroll-left
10048 @pindex calc-scroll-right
10049 @cindex Horizontal scrolling
10050 @cindex Scrolling
10051 @cindex Wide text, scrolling
10052 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
10053 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
10054 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
10055 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
10056 window whenever it can.)@refill
10057
10058 @kindex @{
10059 @kindex @}
10060 @pindex calc-scroll-down
10061 @pindex calc-scroll-up
10062 @cindex Vertical scrolling
10063 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
10064 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
10065 height of the Calc window.@refill
10066
10067 @kindex M-# 0
10068 @pindex calc-reset
10069 The @kbd{M-# 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{M-#} followed
10070 by a zero) resets the Calculator to its default state.  This clears
10071 the stack, resets all the modes, clears the caches (@pxref{Caches}),
10072 and so on.  (It does @emph{not} erase the values of any variables.)
10073 With a numeric prefix argument, @kbd{M-# 0} preserves the contents
10074 of the stack but resets everything else.
10075
10076 @pindex calc-version
10077 The @kbd{M-x calc-version} command displays the current version number
10078 of Calc and the name of the person who installed it on your system.
10079 (This information is also present in the @samp{*Calc Trail*} buffer,
10080 and in the output of the @kbd{h h} command.)
10081
10082 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
10083 @section Help Commands
10084
10085 @noindent
10086 @cindex Help commands
10087 @kindex ?
10088 @pindex calc-help
10089 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
10090 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs'
10091 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
10092 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
10093 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
10094 to see additional commands for that prefix.)
10095
10096 @kindex h h
10097 @pindex calc-full-help
10098 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
10099 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
10100 summary of Calc keystrokes.
10101
10102 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
10103 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
10104 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
10105
10106 @kindex h i
10107 @kindex M-# i
10108 @kindex i
10109 @pindex calc-info
10110 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
10111 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
10112 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
10113 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
10114 manual.  The @kbd{M-# i} command is another way to read the Calc
10115 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
10116 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
10117 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
10118 different command in a future version of Calc.
10119
10120 @kindex h t
10121 @kindex M-# t
10122 @pindex calc-tutorial
10123 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
10124 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
10125 except that it selects the starting node of the tutorial rather
10126 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
10127 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
10128 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
10129 The @kbd{M-# t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
10130 all times).
10131
10132 @kindex h s
10133 @kindex M-# s
10134 @pindex calc-info-summary
10135 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
10136 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{M-# s}
10137 key is equivalent to @kbd{h s}.
10138
10139 @kindex h k
10140 @pindex calc-describe-key
10141 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
10142 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
10143 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
10144 command.  This works by looking up the textual description of
10145 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
10146 node indicated by the index.
10147
10148 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
10149 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
10150 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
10151 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
10152
10153 @kindex h c
10154 @pindex calc-describe-key-briefly
10155 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
10156 key sequence and displays a brief one-line description of it at
10157 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
10158 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
10159 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
10160 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
10161 gives the description:
10162
10163 @smallexample
10164 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
10165 @end smallexample
10166
10167 @noindent
10168 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
10169 takes a value @cite{a} from the stack, prompts for a value @cite{v},
10170 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
10171 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
10172 additional notes from the summary that apply to this command.
10173
10174 @kindex h f
10175 @pindex calc-describe-function
10176 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
10177 algebraic function or a command name in the Calc manual.  The
10178 prompt initially contains @samp{calcFunc-}; follow this with an
10179 algebraic function name to look up that function in the Function
10180 Index.  Or, backspace and enter a command name beginning with
10181 @samp{calc-} to look it up in the Command Index.  This command
10182 will also look up operator symbols that can appear in algebraic
10183 formulas, like @samp{%} and @samp{=>}.
10184
10185 @kindex h v
10186 @pindex calc-describe-variable
10187 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
10188 variable in the Calc manual.  The prompt initially contains the
10189 @samp{var-} prefix; just add a variable name like @code{pi} or
10190 @code{PlotRejects}.
10191
10192 @kindex h b
10193 @pindex describe-bindings
10194 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
10195 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
10196 listed.
10197
10198 @kindex h n
10199 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
10200 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
10201 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
10202 source files.
10203
10204 @kindex h C-c
10205 @kindex h C-d
10206 @kindex h C-w
10207 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
10208 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
10209 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
10210 Bugs'' sections of the manual.
10211
10212 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
10213 @section Stack Basics
10214
10215 @noindent
10216 @cindex Stack basics
10217 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
10218 Calc uses RPN notation.  If you are not familar with RPN, @pxref{RPN
10219 Tutorial}.
10220
10221 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
10222 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
10223 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
10224 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
10225 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
10226 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
10227 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
10228 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@i{-2}).@refill
10229
10230 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
10231 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
10232 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
10233 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
10234 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
10235 @pxref{Truncating the Stack}.
10236
10237 @kindex d l
10238 @pindex calc-line-numbering
10239 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
10240 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
10241 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
10242 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
10243 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
10244
10245 @kindex o
10246 @pindex calc-realign
10247 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
10248 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
10249 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
10250 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
10251
10252 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
10253 two consecutive numbers.
10254 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
10255 would enter the number 12.)  If you press @kbd{RET} or @kbd{SPC} @emph{not}
10256 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
10257 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.@refill
10258
10259 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
10260 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
10261 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
10262 commands.@refill
10263
10264 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
10265 @section Numeric Entry
10266
10267 @noindent
10268 @kindex 0-9
10269 @kindex .
10270 @kindex e
10271 @cindex Numeric entry
10272 @cindex Entering numbers
10273 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
10274 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
10275 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
10276 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
10277 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
10278
10279 @cindex Minus signs
10280 @cindex Negative numbers, entering
10281 @kindex _
10282 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
10283 typified by @cite{a-b} (subtraction), @cite{-x}
10284 (change-sign), and @cite{-5} (negative number).  Calc uses three
10285 different keys for these operations, respectively:
10286 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
10287 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
10288 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
10289 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
10290 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
10291 number @i{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
10292 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.@refill
10293
10294 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10295 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10296 These notations are described later in this manual with the corresponding
10297 data types.  @xref{Data Types}.
10298
10299 During numeric entry, the only editing key available is @kbd{DEL}.
10300
10301 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10302 @section Algebraic Entry
10303
10304 @noindent
10305 @kindex '
10306 @pindex calc-algebraic-entry
10307 @cindex Algebraic notation
10308 @cindex Formulas, entering
10309 Calculations can also be entered in algebraic form.  This is accomplished
10310 by typing the apostrophe key, @kbd{'}, followed by the expression in
10311 standard format:  @kbd{@key{'} 2+3*4 @key{RET}} computes
10312 @c{$2+(3\times4) = 14$}
10313 @cite{2+(3*4) = 14} and pushes that on the stack.  If you wish you can
10314 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10315 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10316 clear previous results off the stack.@refill
10317
10318 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10319 the half-entered number into algebraic entry mode.  One reason to do this
10320 would be to use the full Emacs cursor motion and editing keys, which are
10321 available during algebraic entry but not during numeric entry.
10322
10323 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10324 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10325 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10326 @xref{Editing Stack Entries}.
10327
10328 @kindex m a
10329 @pindex calc-algebraic-mode
10330 @cindex Algebraic mode
10331 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10332 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10333 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10334 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10335 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10336 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10337 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10338 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10339 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.@refill
10340
10341 @cindex Incomplete algebraic mode
10342 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10343 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10344 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10345 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10346
10347 @kindex m t
10348 @pindex calc-total-algebraic-mode
10349 @cindex Total algebraic mode
10350 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10351 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10352 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10353 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10354 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10355 ``total'' algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10356 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10357 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns total algebraic
10358 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10359 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 RET M-S}.  The symbol
10360 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10361
10362 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10363 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10364 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10365
10366 @kindex $
10367 @cindex Formulas, referring to stack
10368 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10369 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10370 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10371 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10372 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10373 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10374 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10375 first character in the new formula.@refill
10376
10377 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10378 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10379 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10380 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10381 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10382 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10383 since no single @samp{$} appears in this formula.)@refill
10384
10385 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10386 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10387 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10388 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10389 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10390 on the stack and pushes an additional 6.
10391
10392 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10393 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10394 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10395 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10396 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10397 @key{TAB} key.
10398
10399 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-RET} instead
10400 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10401 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10402 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-RET} pushes 3.1415.)
10403
10404 If you finish your algebraic entry by pressing @kbd{LFD} (or @kbd{C-j})
10405 instead of @key{RET}, Calc disables the default simplifications
10406 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10407 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10408 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @cite{1+2};
10409 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10410
10411 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10412 @section ``Quick Calculator'' Mode
10413
10414 @noindent
10415 @kindex M-# q
10416 @pindex quick-calc
10417 @cindex Quick Calculator
10418 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10419 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{M-# q} (or
10420 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10421 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10422 area, without ever actually putting up a Calc window.
10423
10424 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10425 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10426 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10427 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10428 forget what it was, just run @code{M-# q} again and enter
10429 @samp{$} as the formula.
10430
10431 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10432 session, the @kbd{M-# q} command will create the @code{*Calculator*}
10433 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10434 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10435 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10436 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10437 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10438 the regular @kbd{p} command.
10439
10440 If you use @code{M-# q} from inside the Calculator buffer, the
10441 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10442
10443 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10444 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10445 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10446 to yank the result into the next @kbd{M-# q} input line as a more
10447 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10448 into the Calculator stack after typing @kbd{M-# c}.
10449
10450 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10451 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10452 buffer rather than going into the kill ring.
10453
10454 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10455 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10456 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10457 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10458 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10459 @xref{Store and Recall}.
10460
10461 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10462 the number will also be displayed in hex and octal formats.  If the
10463 integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10464 an ASCII character.
10465
10466 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10467 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10468 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10469 is displayed only according to the current mode settings.  But
10470 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10471 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10472 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10473
10474 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10475 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10476 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10477 small calculations.
10478
10479 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10480 @section Numeric Prefix Arguments
10481
10482 @noindent
10483 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10484 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10485 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10486 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10487 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.@refill
10488
10489 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10490 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10491 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10492 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10493 on the entire stack.
10494
10495 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10496 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10497 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10498 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10499 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10500 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10501 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10502 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10503 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10504 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10505 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10506 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10507 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10508 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10509 argument for some other purpose.
10510
10511 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10512 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10513 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10514 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.@refill
10515
10516 @kindex ~
10517 @pindex calc-num-prefix
10518 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10519 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10520 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10521 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10522 to the fourth power and set the precision to that value.@refill
10523
10524 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10525 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10526
10527 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10528 @section Undoing Mistakes
10529
10530 @noindent
10531 @kindex U
10532 @kindex C-_
10533 @pindex calc-undo
10534 @cindex Mistakes, undoing
10535 @cindex Undoing mistakes
10536 @cindex Errors, undoing
10537 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10538 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10539 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10540 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10541 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10542 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10543 specified number of operations.  The undo history is cleared only by the
10544 @kbd{q} (@code{calc-quit}) command.  (Recall that @kbd{M-# c} is
10545 synonymous with @code{calc-quit} while inside the Calculator; this
10546 also clears the undo history.)
10547
10548 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10549 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10550 will need to reset the mode yourself.
10551
10552 @kindex D
10553 @pindex calc-redo
10554 @cindex Redoing after an Undo
10555 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10556 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10557 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10558 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10559 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10560 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10561 any other change, then it will be too late to redo.
10562
10563 @kindex M-RET
10564 @pindex calc-last-args
10565 @cindex Last-arguments feature
10566 @cindex Arguments, restoring
10567 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10568 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10569 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10570 prefix argument, this command applies to the @cite{n}th most recent
10571 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10572 onto the stack.
10573
10574 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10575 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10576
10577 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10578 @xref{Trail Commands}.
10579
10580 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10581
10582 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10583 @section Error Messages
10584
10585 @noindent
10586 @kindex w
10587 @pindex calc-why
10588 @cindex Errors, messages
10589 @cindex Why did an error occur?
10590 Many situations that would produce an error message in other calculators
10591 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10592 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @cite{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10593 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10594 reasons for this to happen.
10595
10596 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10597 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10598 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10599 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10600 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10601 the same computation results in several messages.  (The first message
10602 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10603
10604 @kindex d w
10605 @pindex calc-auto-why
10606 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10607 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10608 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10609 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10610 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10611 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10612
10613 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10614 @section Multiple Calculators
10615
10616 @noindent
10617 @pindex another-calc
10618 It is possible to have any number of Calc Mode buffers at once.
10619 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10620 is similar to @kbd{M-# c} except that if a @samp{*Calculator*}
10621 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10622 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10623 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10624 this would ordinarily never be done.
10625
10626 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10627 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10628 Calculator buffer.
10629
10630 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10631 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10632 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10633 global default values of these variables are used only when a new
10634 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10635 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10636
10637 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10638 Calculator buffers.
10639
10640 @node Troubleshooting Commands, , Multiple Calculators, Introduction
10641 @section Troubleshooting Commands
10642
10643 @noindent
10644 This section describes commands you can use in case a computation
10645 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10646
10647 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10648 to a bug or deficiency in Calc.
10649
10650 @menu
10651 * Autoloading Problems::
10652 * Recursion Depth::
10653 * Caches::
10654 * Debugging Calc::
10655 @end menu
10656
10657 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10658 @subsection Autoloading Problems
10659
10660 @noindent
10661 The Calc program is split into many component files; components are
10662 loaded automatically as you use various commands that require them.
10663 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10664 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10665 work because some function you've never heard of was undefined.
10666
10667 @kindex M-# L
10668 @pindex calc-load-everything
10669 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{M-# L}
10670 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10671 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10672 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10673
10674 If you seem to run into this problem no matter what you do, or if
10675 even the @kbd{M-# L} command crashes, Calc may have been improperly
10676 installed.  @xref{Installation}, for details of the installation
10677 process.
10678
10679 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10680 @subsection Recursion Depth
10681
10682 @noindent
10683 @kindex M
10684 @kindex I M
10685 @pindex calc-more-recursion-depth
10686 @pindex calc-less-recursion-depth
10687 @cindex Recursion depth
10688 @cindex ``Computation got stuck'' message
10689 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10690 @cindex @code{max-specpdl-size}
10691 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10692 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10693 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10694 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10695 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10696 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10697 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)@refill
10698
10699 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10700 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10701 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10702 The default value is 1000.
10703
10704 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10705 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10706
10707 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10708 @subsection Caches
10709
10710 @noindent
10711 @cindex Caches
10712 @cindex Flushing caches
10713 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10714 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10715 constant @c{$\pi$}
10716 @cite{pi} to about 20 decimal places; if the current precision
10717 is greater than this, it will recompute @c{$\pi$}
10718 @cite{pi} using a series
10719 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10720 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10721 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10722 @c{$\pi \over 4$}
10723 @cite{pi/4} and @c{$\ln 2$}
10724 @cite{ln(2)}.  The visible effect of caching is that
10725 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10726 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10727 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10728 data points computed by the graphing commands.
10729
10730 @pindex calc-flush-caches
10731 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10732 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10733 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10734 The @kbd{M-# 0} (with the zero key) command also resets caches along
10735 with all other aspects of the Calculator's state.
10736
10737 @node Debugging Calc, , Caches, Troubleshooting Commands
10738 @subsection Debugging Calc
10739
10740 @noindent
10741 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10742 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10743 your own Calc commands.
10744
10745 @kindex Z T
10746 @pindex calc-timing
10747 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10748 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10749 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10750 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10751 accurate only to within one second.
10752
10753 All steps of executing a command are included; in particular, time
10754 taken to format the result for display in the stack and trail is
10755 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10756 be answered, while others do not; this depends on the exact
10757 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10758 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10759 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10760 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10761 to execute the whole macro.
10762
10763 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10764 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10765 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10766 that may take a long time to format and you don't wish to count
10767 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10768 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10769 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10770
10771 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10772 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10773 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10774 This generally prevents garbage collection during the timing of
10775 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10776 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10777 factor in the timing of Emacs operations.)
10778
10779 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10780 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10781 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10782 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10783 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10784 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10785 in the handler itself rather than at the true location of the
10786 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10787 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10788 will be lost.
10789
10790 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10791 @chapter Data Types
10792
10793 @noindent
10794 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10795 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10796 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10797 types are represented as underlying Lisp objects.)@refill
10798
10799 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10800 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10801 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10802 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10803 arbitrarily:@: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10804 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10805 matrices, or algebraic formulas.
10806
10807 @menu
10808 * Integers::                The most basic data type.
10809 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10810 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10811 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10812 * Infinities::
10813 * Vectors and Matrices::
10814 * Strings::
10815 * HMS Forms::
10816 * Date Forms::
10817 * Modulo Forms::
10818 * Error Forms::
10819 * Interval Forms::
10820 * Incomplete Objects::
10821 * Variables::
10822 * Formulas::
10823 @end menu
10824
10825 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10826 @section Integers
10827
10828 @noindent
10829 @cindex Integers
10830 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10831 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10832 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10833 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10834 floating-point form according to the current Fraction Mode.
10835 @xref{Fraction Mode}.)
10836
10837 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10838 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10839 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10840 must not type commas during the entry of numbers.@refill
10841
10842 @kindex #
10843 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10844 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10845 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10846 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10847 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10848 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10849 number, the current display radix is used.@refill
10850
10851 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10852 @section Fractions
10853
10854 @noindent
10855 @cindex Fractions
10856 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10857 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10858 performs RPN division; the following two sequences push the number
10859 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10860 assuming Fraction Mode has been enabled.)
10861 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10862 simplest form, which may in fact be an integer.@refill
10863
10864 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10865 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10866 display formats.@refill
10867
10868 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10869 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10870 form).  The numerator and denominator always use the same radix.@refill
10871
10872 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10873 @section Floats
10874
10875 @noindent
10876 @cindex Floating-point numbers
10877 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10878 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10879 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10880 range of acceptable values is from @c{$10^{-3999999}$}
10881 @cite{10^-3999999} (inclusive)
10882 to @c{$10^{4000000}$}
10883 @cite{10^4000000}
10884 (exclusive), plus the corresponding negative
10885 values and zero.
10886
10887 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10888 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10889 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10890 indicate that during the calculation a number would have been produced
10891 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10892 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10893 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10894 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10895 would have overflowed!)
10896
10897 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10898 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10899 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10900 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10901
10902 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10903 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
10904 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
10905 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
10906 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
10907 or 0.235.
10908
10909 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
10910 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
10911 displayed in scientific notation.  Various other display options are
10912 available.  @xref{Float Formats}.
10913
10914 @cindex Accuracy of calculations
10915 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
10916 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
10917 number of significant digits specified by the current precision,
10918 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
10919 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
10920 as square roots and transcendental functions are performed with several
10921 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
10922 final result accurate to the full requested precision.  However,
10923 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
10924 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
10925 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
10926 way.@refill
10927
10928 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
10929 and displayed in any radix just like integers and fractions.  The
10930 notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}} is a floating-point
10931 number whose digits are in the specified radix.  Note that the @samp{.}
10932 is more aptly referred to as a ``radix point'' than as a decimal
10933 point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is defined as
10934 @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can use
10935 @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific notation.
10936 The exponent is written in decimal, and is considered to be a power
10937 of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above, the
10938 letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
10939 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
10940 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
10941
10942 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
10943 @section Complex Numbers
10944
10945 @noindent
10946 @cindex Complex numbers
10947 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
10948 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
10949 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
10950 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
10951 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
10952 notation; @pxref{Complex Formats}.@refill
10953
10954 Polar complex numbers are displayed in the form `@t{(}@var{r}@t{;}@c{$\theta$}
10955 @var{theta}@t{)}'
10956 where @var{r} is the nonnegative magnitude and @c{$\theta$}
10957 @var{theta} is the argument
10958 or phase angle.  The range of @c{$\theta$}
10959 @var{theta} depends on the current angular
10960 mode (@pxref{Angular Modes}); it is generally between @i{-180} and
10961 @i{+180} degrees or the equivalent range in radians.@refill
10962
10963 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
10964 @xref{Incomplete Objects}.
10965
10966 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
10967 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
10968 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
10969 a negative real), the current @dfn{Polar Mode} is used to determine the
10970 type.  @xref{Polar Mode}.
10971
10972 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
10973 is 0 or 180 degrees or @c{$\pi$}
10974 @cite{pi} radians) is automatically converted to a real
10975 number.
10976
10977 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
10978 @section Infinities
10979
10980 @noindent
10981 @cindex Infinity
10982 @cindex @code{inf} variable
10983 @cindex @code{uinf} variable
10984 @cindex @code{nan} variable
10985 @vindex inf
10986 @vindex uinf
10987 @vindex nan
10988 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
10989 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
10990 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
10991 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
10992 names for your own variables because Calc gives them special
10993 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
10994 entered using algebraic entry.
10995
10996 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
10997 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
10998 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
10999 really mean is that @cite{1 / x}, as @cite{x} becomes larger and
11000 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
11001 that if @cite{x} got ``all the way to infinity,'' then @cite{1 / x}
11002 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
11003 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that @c{$e^x$}
11004 @cite{exp(x)} grows without
11005 bound as @cite{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise stands
11006 for an infinitely negative real value; for example, we say that
11007 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
11008 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
11009
11010 The same concept of limits can be used to define @cite{1 / 0}.  We
11011 really want the value that @cite{1 / x} approaches as @cite{x}
11012 approaches zero.  But if all we have is @cite{1 / 0}, we can't
11013 tell which direction @cite{x} was coming from.  If @cite{x} was
11014 positive and decreasing toward zero, then we should say that
11015 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @cite{x} was negative and increasing
11016 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @cite{x}
11017 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
11018 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
11019 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
11020 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
11021
11022 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
11023 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
11024 already have them.  Thus, @cite{1 / 0} is treated simply as an
11025 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
11026 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
11027 @cite{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
11028 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
11029 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
11030 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
11031 some cases.
11032
11033 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
11034 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
11035 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
11036 adding a finite number like five to it does not affect it.
11037 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
11038 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
11039 Just to show that infinities really are all the same size,
11040 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
11041 notation.
11042
11043 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
11044 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
11045 came from, the answer could be literally anything.  The latter
11046 formula could be the limit of @cite{x / x} (giving a result of one),
11047 or @cite{2 x / x} (giving two), or @cite{x^2 / x} (giving @code{inf}),
11048 or @cite{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
11049 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
11050 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
11051 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
11052 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
11053 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
11054 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
11055 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
11056 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
11057 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on ``infinite mode''
11058 (as described above).
11059
11060 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
11061 @xref{Interval Forms}.
11062
11063 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
11064 @section Vectors and Matrices
11065
11066 @noindent
11067 @cindex Vectors
11068 @cindex Plain vectors
11069 @cindex Matrices
11070 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
11071 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
11072 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
11073 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
11074 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
11075
11076 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
11077 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
11078 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
11079 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
11080 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
11081 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
11082 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
11083 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
11084 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
11085 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
11086 this case.
11087
11088 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
11089 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
11090 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
11091 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
11092 of its elements.@refill
11093
11094 @c @starindex
11095 @tindex vec
11096 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
11097 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an @c{$n\times m$}
11098 @asis{@var{n}x@var{m}}
11099 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
11100 from 1 to @samp{n}.
11101
11102 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
11103 @section Strings
11104
11105 @noindent
11106 @kindex "
11107 @cindex Strings
11108 @cindex Character strings
11109 Character strings are not a special data type in the Calculator.
11110 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
11111 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
11112 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
11113 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
11114 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
11115
11116 @group
11117 @example
11118 \a     7          \^@@    0
11119 \b     8          \^a-z  1-26
11120 \e     27         \^[    27
11121 \f     12         \^\\   28
11122 \n     10         \^]    29
11123 \r     13         \^^    30
11124 \t     9          \^_    31
11125                   \^?    127
11126 @end example
11127 @end group
11128
11129 @noindent
11130 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
11131 character from its ASCII code.
11132
11133 @kindex d "
11134 @pindex calc-display-strings
11135 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
11136 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
11137 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
11138 instead.
11139
11140 The backslash notations shown above are also used for displaying
11141 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
11142 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
11143 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
11144 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
11145 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
11146
11147 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
11148 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
11149 way to do conversions between ASCII characters and integers.
11150
11151 @c @starindex
11152 @tindex string
11153 There is a @code{string} function which provides a different display
11154 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
11155 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
11156 corresponding string of characters with no surrounding quotation
11157 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
11158 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
11159 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
11160 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
11161 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
11162
11163 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
11164 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
11165 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
11166 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
11167
11168 @c @starindex
11169 @tindex bstring
11170 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
11171 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
11172 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
11173 character in the string.
11174
11175 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
11176 @section HMS Forms
11177
11178 @noindent
11179 @cindex Hours-minutes-seconds forms
11180 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
11181 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
11182 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
11183 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
11184 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
11185 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
11186 degrees, minutes, and seconds.
11187
11188 @kindex @@
11189 @c @mindex @null
11190 @kindex ' (HMS forms)
11191 @c @mindex @null
11192 @kindex " (HMS forms)
11193 @c @mindex @null
11194 @kindex h (HMS forms)
11195 @c @mindex @null
11196 @kindex o (HMS forms)
11197 @c @mindex @null
11198 @kindex m (HMS forms)
11199 @c @mindex @null
11200 @kindex s (HMS forms)
11201 The default format for HMS values is
11202 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
11203 @samp{h} (for ``hours'') or
11204 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
11205 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
11206 accepted in place of @samp{"}.
11207 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
11208 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
11209 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
11210 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
11211 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
11212 as @i{- @var{hours}} @i{-} @var{mins}/60 @i{-} @var{secs}/3600.
11213 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.@refill
11214
11215 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
11216 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
11217 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
11218 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
11219
11220 @pindex calc-time
11221 @cindex Time of day
11222 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
11223 the stack as an HMS form.
11224
11225 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
11226 @section Date Forms
11227
11228 @noindent
11229 @cindex Date forms
11230 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
11231 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
11232 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
11233 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
11234 computes the number of days between them (represented as a simple
11235 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
11236 are nonsensical and are not allowed by Calc.
11237
11238 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
11239 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
11240 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
11241 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
11242 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
11243
11244 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
11245 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
11246 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
11247 if the internal number is a fraction or float, the form represents
11248 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
11249 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
11250 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
11251 time can be stored without roundoff error.
11252
11253 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
11254 additional digits in the seconds position.  For example, if the
11255 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
11256 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
11257 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
11258 if astronomically high years are used, though this will not be an
11259 issue in everyday (or even everymillenium) use.  Note that date
11260 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
11261 never an issue for them.
11262
11263 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
11264 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
11265 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
11266
11267 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
11268 year numbers represent years BC.  Calc uses a combination of the
11269 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
11270 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
11271 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11272
11273 @cindex Julian calendar
11274 @cindex Gregorian calendar
11275 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11276 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11277 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11278 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11279 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11280 calendar was adopted around the year we call 8 AD.  Some centuries
11281 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11282 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11283 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11284 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11285 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11286 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11287 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11288 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11289 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11290 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11291 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11292 To take another example, Russia waited until 1918 before
11293 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11294 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11295 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11296 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11297
11298 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11299 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11300 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11301 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11302 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11303
11304 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11305 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11306 yet been invented.  Thus the claim that day number @i{-10000} is
11307 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11308
11309 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11310 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11311 days 0 and @i{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11312
11313 @cindex Julian day counting
11314 Another day counting system in common use is, confusingly, also
11315 called ``Julian.''  It was invented in 1583 by Joseph Justus
11316 Scaliger, who named it in honor of his father Julius Caesar
11317 Scaliger.  For obscure reasons he chose to start his day
11318 numbering on Jan 1, 4713 BC at noon, which in Calc's scheme
11319 is @i{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11320 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by
11321 unpacking a date form into a Julian day number, simply add
11322 1721423.5.  The Julian code for @samp{6:00am Jan 9, 1991}
11323 is 2448265.75.  The built-in @kbd{t J} command performs
11324 this conversion for you.
11325
11326 @cindex Unix time format
11327 The Unix operating system measures time as an integer number of
11328 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11329 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11330 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11331 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11332 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11333 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11334 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11335 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11336 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11337 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11338 for California time.  The same is usually true of Julian day
11339 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11340 conversions.
11341
11342 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11343 @section Modulo Forms
11344
11345 @noindent
11346 @cindex Modulo forms
11347 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11348 an integer multiple of) some value @cite{M}.  Arithmetic modulo @cite{M}
11349 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11350 `@i{a} @t{mod} @i{M}',
11351 where @cite{a} and @cite{M} are real numbers or HMS forms, and
11352 @c{$0 \le a < M$}
11353 @cite{0 <= a < @var{M}}.
11354 In many applications @cite{a} and @cite{M} will be
11355 integers but this is not required.@refill
11356
11357 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11358 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11359 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11360 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11361 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11362 the result always lies in the desired range.
11363
11364 When two modulo forms with identical @cite{M}'s are added or multiplied,
11365 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11366 @cite{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11367 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11368 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11369 to the power, then reduced modulo @cite{M}.  (When all values involved
11370 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11371 actually computing the power and then reducing.)
11372
11373 @cindex Modulo division
11374 Two modulo forms `@i{a} @t{mod} @i{M}' and `@i{b} @t{mod} @i{M}'
11375 can be divided if @cite{a}, @cite{b}, and @cite{M} are all
11376 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11377 `@i{b} @t{mod} @i{M}', produces `@i{a} @t{mod} @i{M}'.  If
11378 there is no solution to this equation (which can happen only when
11379 @cite{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11380 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11381 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11382 @w{`@t{(}@i{a} @t{mod} @i{M}@t{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11383 in the sense of reducing @c{$\sqrt a$}
11384 @cite{sqrt(a)} modulo @cite{M}, this is not a
11385 useful definition from the number-theoretical point of view.)@refill
11386
11387 @c @mindex M
11388 @kindex M (modulo forms)
11389 @c @mindex mod
11390 @tindex mod (operator)
11391 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11392 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11393 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @cite{M}
11394 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11395 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11396 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.@refill
11397
11398 You can also use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11399 @xref{Building Vectors}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11400
11401 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11402 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11403 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @cite{M}
11404 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11405 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11406 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11407 24 radians!
11408
11409 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11410 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11411 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11412
11413 @c @starindex
11414 @tindex makemod
11415 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11416 @w{@samp{a mod m}}.
11417
11418 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11419 @section Error Forms
11420
11421 @noindent
11422 @cindex Error forms
11423 @cindex Standard deviations
11424 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11425 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11426 `@i{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11427 @asis{sigma}' stands for an uncertain value which follows a normal or
11428 Gaussian distribution of mean @cite{x} and standard deviation or
11429 ``error'' @c{$\sigma$}
11430 @cite{sigma}.  Both the mean and the error can be either numbers or
11431 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11432 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11433 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11434 regular number by the Calculator.@refill
11435
11436 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11437 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11438 numbers.  The error part for any function @cite{f(x)} (such as @c{$\sin x$}
11439 @cite{sin(x)})
11440 is defined by the error of @cite{x} times the derivative of @cite{f}
11441 evaluated at the mean value of @cite{x}.  For a two-argument function
11442 @cite{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11443 of the squares of the errors due to @cite{x} and @cite{y}.
11444 @tex
11445 $$ \eqalign{
11446   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11447     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11448   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11449     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11450         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11451                              \right| \right)^2
11452              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11453                              \right| \right)^2 } \cr
11454 } $$
11455 @end tex
11456 Note that this
11457 definition assumes the errors in @cite{x} and @cite{y} are uncorrelated.
11458 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11459 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11460 of two independent values which happen to have the same probability
11461 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11462 The former will produce an answer with less error, since on the average
11463 the two independent errors can be expected to cancel out.@refill
11464
11465 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11466 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11467 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11468 are small.  As an example, the error arising from
11469 `@t{sin(}@i{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11470 @i{sigma}@t{)}' is
11471 `@c{$\sigma$\nobreak}
11472 @i{sigma} @t{abs(cos(}@i{x}@t{))}'.  When @cite{x} is close to zero,
11473 @c{$\cos x$}
11474 @cite{cos(x)} is
11475 close to one so the error in the sine is close to @c{$\sigma$}
11476 @cite{sigma}; this makes sense, since @c{$\sin x$}
11477 @cite{sin(x)} is approximately @cite{x} near zero, so a given
11478 error in @cite{x} will produce about the same error in the sine.  Likewise,
11479 near 90 degrees @c{$\cos x$}
11480 @cite{cos(x)} is nearly zero and so the computed error is
11481 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @cite{x}
11482 has relatively little effect on the value of @c{$\sin x$}
11483 @cite{sin(x)}.  However, consider
11484 @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so Calc will report
11485 zero error!  We get an obviously wrong result because we have violated
11486 the small-error approximation underlying the error analysis.  If the error
11487 in @cite{x} had been small, the error in @c{$\sin x$}
11488 @cite{sin(x)} would indeed have been negligible.@refill
11489
11490 @c @mindex p
11491 @kindex p (error forms)
11492 @tindex +/-
11493 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11494 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11495 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11496 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-p} to
11497 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11498
11499 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11500 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11501 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11502 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11503 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11504 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11505 considers an error form with real components to represent a real number,
11506 not a complex distribution around a real mean.
11507
11508 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11509 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11510
11511 @c @starindex
11512 @tindex sdev
11513 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11514
11515 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11516 @section Interval Forms
11517
11518 @noindent
11519 @cindex Interval forms
11520 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11521 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11522 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11523 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11524 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11525 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11526 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11527 of the possible range of values a computation will produce, given the
11528 set of possible values of the input.
11529
11530 @ifnottex
11531 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11532 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11533 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11534 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11535 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11536 terms,
11537 @samp{[2 ..@: 4]} means @cite{2 <= x <= 4}, whereas
11538 @samp{[2 ..@: 4)} represents @cite{2 <= x < 4},
11539 @samp{(2 ..@: 4]} represents @cite{2 < x <= 4}, and
11540 @samp{(2 ..@: 4)} represents @cite{2 < x < 4}.@refill
11541 @end ifnottex
11542 @tex
11543 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11544 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11545 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11546 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11547 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11548 terms,
11549 $$ \eqalign{
11550    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11551    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11552    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11553    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11554 } $$
11555 @end tex
11556
11557 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11558 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11559 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11560 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11561 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11562 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11563 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11564 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11565 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11566 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11567 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11568 the real infinities.
11569
11570 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11571 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11572 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11573 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11574 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11575 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11576 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11577
11578 ``Infinite mode'' also affects operations on intervals
11579 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11580 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11581 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in infinite mode;
11582 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11583 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11584 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11585 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11586 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11587
11588 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11589 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11590 form `@i{x} @t{+/-} @c{$\sigma$}
11591 @i{sigma}' means a variable is random, and its value could
11592 be anything but is ``probably'' within one @c{$\sigma$}
11593 @i{sigma} of the mean value @cite{x}.
11594 An interval `@t{[}@i{a} @t{..@:} @i{b}@t{]}' means a variable's value
11595 is unknown, but guaranteed to lie in the specified range.  Error forms
11596 are statistical or ``average case'' approximations; interval arithmetic
11597 tends to produce ``worst case'' bounds on an answer.@refill
11598
11599 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11600 HMS forms or date forms.
11601
11602 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11603 as subsets of the set of real numbers.
11604
11605 @c @starindex
11606 @tindex intv
11607 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11608 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11609 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11610 3 for @samp{[..]}.
11611
11612 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11613 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11614 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11615 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11616 which means that roundoff errors could creep into an interval
11617 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11618 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11619 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11620 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11621 error.
11622
11623 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11624 @section Incomplete Objects
11625
11626 @noindent
11627 @c @mindex [ ]
11628 @kindex [
11629 @c @mindex ( )
11630 @kindex (
11631 @kindex ,
11632 @c @mindex @null
11633 @kindex ]
11634 @c @mindex @null
11635 @kindex )
11636 @cindex Incomplete vectors
11637 @cindex Incomplete complex numbers
11638 @cindex Incomplete interval forms
11639 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11640 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11641 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11642 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11643 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11644 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11645
11646 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11647 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11648 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11649
11650 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11651 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11652 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11653 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.@refill
11654
11655 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11656 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11657 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11658 from the list.
11659
11660 @kindex ;
11661 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11662 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11663 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11664 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11665
11666 @kindex ..
11667 @pindex calc-dots
11668 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11669 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11670 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11671 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11672 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11673 the @code{calc-dots} command.
11674
11675 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11676 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11677
11678 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11679 @section Variables
11680
11681 @noindent
11682 @cindex Variables, in formulas
11683 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11684 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11685 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11686 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11687 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11688 The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11689 @code{var-foo}.  Commands like @kbd{s s} (@code{calc-store}) that operate
11690 on variables can be made to use any arbitrary Lisp variable simply by
11691 backspacing over the @samp{var-} prefix in the minibuffer.@refill
11692
11693 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11694 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11695 convenience variables @code{var-q0} through @code{var-q9}.  For example,
11696 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{var-q2}, and
11697 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11698 @code{var-foo}.@refill
11699
11700 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11701 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11702 (@key{'}) key.  Variable names in algebraic formulas implicitly have
11703 @samp{var-} prefixed to their names.  The @samp{#} character in variable
11704 names used in algebraic formulas corresponds to a dash @samp{-} in the
11705 Lisp variable name.  If the name contains any dashes, the prefix @samp{var-}
11706 is @emph{not} automatically added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1}
11707 and @samp{var#foo + 1} both refer to the same variable.
11708
11709 @kindex =
11710 @pindex calc-evaluate
11711 @cindex Evaluation of variables in a formula
11712 @cindex Variables, evaluation
11713 @cindex Formulas, evaluation
11714 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11715 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11716 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11717 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11718 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11719 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11720 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11721 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11722 the @var{n}th stack entry.
11723
11724 @cindex @code{e} variable
11725 @cindex @code{pi} variable
11726 @cindex @code{i} variable
11727 @cindex @code{phi} variable
11728 @cindex @code{gamma} variable
11729 @vindex e
11730 @vindex pi
11731 @vindex i
11732 @vindex phi
11733 @vindex gamma
11734 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11735 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11736 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11737 their values are calculated if necessary according to the current precision
11738 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11739 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.@refill
11740
11741 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11742 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11743 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11744 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11745 a value into any of these special variables.
11746
11747 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11748
11749 @node Formulas, , Variables, Data Types
11750 @section Formulas
11751
11752 @noindent
11753 @cindex Formulas
11754 @cindex Expressions
11755 @cindex Operators in formulas
11756 @cindex Precedence of operators
11757 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11758 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11759 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11760 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11761 Parentheses may
11762 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11763 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11764 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11765 with their equivalent function names, are:
11766
11767 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11768
11769 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11770
11771 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x})
11772 and prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11773
11774 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11775 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11776
11777 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11778 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11779
11780 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11781
11782 @samp{*} [@code{mul}];
11783
11784 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11785 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11786
11787 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11788
11789 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11790
11791 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11792 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11793
11794 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11795
11796 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11797
11798 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11799
11800 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11801
11802 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11803
11804 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11805
11806 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11807
11808 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11809
11810 @samp{=>} [@code{evalto}].
11811
11812 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11813 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to @c{$a b \over c d$}
11814 @cite{(a*b)/(c*d)}.
11815
11816 @cindex Multiplication, implicit
11817 @cindex Implicit multiplication
11818 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11819 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11820 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11821 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11822 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11823 as in @samp{f(x)},
11824 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11825 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11826 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11827 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11828 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.@refill
11829
11830 @cindex Implicit comma in vectors
11831 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11832 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11833 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11834 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11835 to @samp{2*a*b + c*d}.
11836 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11837 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11838 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
11839 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
11840 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.@refill
11841
11842 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
11843 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
11844 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
11845 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
11846 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
11847 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
11848 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
11849 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
11850 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
11851 @w{@samp{[(a b)]}}.
11852
11853 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
11854 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
11855 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
11856 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
11857
11858 @cindex Function call notation
11859 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  Function names follow the same
11860 rules as variable names except that the default prefix @samp{calcFunc-} is
11861 used (instead of @samp{var-}) for the internal Lisp form.
11862 Most mathematical Calculator commands like
11863 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
11864 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
11865 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
11866 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
11867 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
11868 single letters or single letters followed by digits are always safe to
11869 use for your own function names.  @xref{Function Index}.@refill
11870
11871 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
11872 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
11873 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
11874 represent the same operation.@refill
11875
11876 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
11877 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
11878 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{M-# g}
11879 and @w{@kbd{M-# r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
11880 ``paste'' mouse operation, and Embedded Mode.  All of these operations
11881 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
11882 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
11883
11884 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
11885 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
11886 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
11887 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
11888
11889 @example
11890 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
11891   c + d,
11892   %% last line is coming up:
11893   e + f ]
11894 @end example
11895
11896 @noindent
11897 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
11898
11899 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
11900 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
11901 formats.
11902
11903 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
11904
11905 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
11906 @chapter Stack and Trail Commands
11907
11908 @noindent
11909 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
11910 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
11911 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
11912
11913 @menu
11914 * Stack Manipulation::
11915 * Editing Stack Entries::
11916 * Trail Commands::
11917 * Keep Arguments::
11918 @end menu
11919
11920 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
11921 @section Stack Manipulation Commands
11922
11923 @noindent
11924 @kindex RET
11925 @kindex SPC
11926 @pindex calc-enter
11927 @cindex Duplicating stack entries
11928 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
11929 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
11930 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
11931 several elements at the top of the stack.
11932 Given a negative argument,
11933 these commands duplicate the specified element of the stack.
11934 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
11935 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11936 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
11937 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
11938 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
11939 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.@refill
11940
11941 @kindex LFD
11942 @pindex calc-over
11943 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
11944 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
11945 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
11946 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
11947 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
11948 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
11949 @samp{10 20 30 20}.@refill
11950
11951 @kindex DEL
11952 @kindex C-d
11953 @pindex calc-pop
11954 @cindex Removing stack entries
11955 @cindex Deleting stack entries
11956 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
11957 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
11958 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
11959 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
11960 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
11961 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
11962 stack is emptied.
11963 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11964 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
11965 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
11966 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
11967 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.@refill
11968
11969 @kindex M-DEL
11970 @pindex calc-pop-above
11971 The @key{M-DEL} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
11972 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
11973 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
11974 Thus @key{M-DEL} by itself removes the second-from-top stack element,
11975 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-DEL} deletes
11976 the third stack element.
11977
11978 @kindex TAB
11979 @pindex calc-roll-down
11980 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
11981 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
11982 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
11983 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
11984 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
11985 top-for-bottom.
11986 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11987 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
11988 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
11989 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
11990 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.@refill
11991
11992 @kindex M-TAB
11993 @pindex calc-roll-up
11994 The command @key{M-TAB} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
11995 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
11996 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
11997 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11998 @key{M-TAB} creates @samp{10 20 40 50 30},
11999 @kbd{C-u 4 @key{M-TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
12000 @kbd{C-u - 2 @key{M-TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
12001 @kbd{C-u 0 @key{M-TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.@refill
12002
12003 A good way to view the operation of @key{TAB} and @key{M-TAB} is in
12004 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
12005 With a positive argument @i{n}, @key{TAB} moves the top stack
12006 element down to level @i{n}, making room for it by pulling all the
12007 intervening stack elements toward the top.  @key{M-TAB} moves the
12008 element at level @i{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
12009 which copies instead of moving the element in level @i{n}.)
12010
12011 With a negative argument @i{-n}, @key{TAB} rotates the stack
12012 to move the object in level @i{n} to the deepest place in the
12013 stack, and the object in level @i{n+1} to the top.  @key{M-TAB}
12014 rotates the deepest stack element to be in level @i{n}, also
12015 putting the top stack element in level @i{n+1}.
12016
12017 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
12018 any portion of a vector or formula on the stack.
12019
12020 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
12021 @section Editing Stack Entries
12022
12023 @noindent
12024 @kindex `
12025 @pindex calc-edit
12026 @pindex calc-edit-finish
12027 @cindex Editing the stack with Emacs
12028 The backquote, @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary
12029 buffer (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using
12030 regular Emacs commands.  With a numeric prefix argument, it edits the
12031 specified number of stack entries at once.  (An argument of zero edits
12032 the entire stack; a negative argument edits one specific stack entry.)
12033
12034 When you are done editing, press @kbd{M-# M-#} to finish and return
12035 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
12036 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
12037 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
12038 might want to insert new lines into the editing buffer.  The traditional
12039 Emacs ``finish'' key sequence, @kbd{C-c C-c}, also works to finish
12040 editing and may be easier to type, depending on your keyboard.
12041
12042 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
12043 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
12044 original stack elements in the original buffer with these new values,
12045 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
12046 continues to exist during editing, but for best results you should be
12047 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
12048 also cancel the edit by pressing @kbd{M-# x}.
12049
12050 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
12051 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
12052 @kbd{M-# M-#} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
12053 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
12054
12055 If you give a prefix argument to @kbd{M-# M-#} (or @kbd{C-c C-c}),
12056 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
12057 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
12058 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
12059 @kbd{M-# M-#} operation will be programmed to replace the top of the
12060 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
12061 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
12062 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
12063 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
12064
12065 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
12066 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
12067 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
12068 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
12069 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
12070
12071 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
12072 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
12073 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
12074
12075 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
12076 @section Trail Commands
12077
12078 @noindent
12079 @cindex Trail buffer
12080 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
12081 beginning with the @kbd{t} prefix.
12082
12083 @kindex t d
12084 @pindex calc-trail-display
12085 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
12086 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
12087 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
12088 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
12089 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
12090 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
12091 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
12092 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
12093 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
12094
12095 @kindex t i
12096 @pindex calc-trail-in
12097 @kindex t o
12098 @pindex calc-trail-out
12099 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
12100 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
12101 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
12102 shown below are a more convenient way to move around in the
12103 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
12104 in the Calculator window.@refill
12105
12106 @cindex Trail pointer
12107 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
12108 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
12109 before the selected number.  The following commands operate on the
12110 trail pointer in various ways.
12111
12112 @kindex t y
12113 @pindex calc-trail-yank
12114 @cindex Retrieving previous results
12115 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
12116 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
12117 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
12118 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
12119 trail pointer.
12120
12121 @kindex t <
12122 @pindex calc-trail-scroll-left
12123 @kindex t >
12124 @pindex calc-trail-scroll-right
12125 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
12126 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
12127 window left or right by one half of its width.@refill
12128
12129 @kindex t n
12130 @pindex calc-trail-next
12131 @kindex t p
12132 @pindex calc-trail-previous
12133 @kindex t f
12134 @pindex calc-trail-forward
12135 @kindex t b
12136 @pindex calc-trail-backward
12137 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
12138 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
12139 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
12140 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
12141 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
12142 arguments to move several lines or screenfuls at a time.@refill
12143
12144 @kindex t [
12145 @pindex calc-trail-first
12146 @kindex t ]
12147 @pindex calc-trail-last
12148 @kindex t h
12149 @pindex calc-trail-here
12150 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
12151 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
12152 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
12153 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
12154 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.@refill
12155
12156 @kindex t s
12157 @pindex calc-trail-isearch-forward
12158 @kindex t r
12159 @pindex calc-trail-isearch-backward
12160 @ifnottex
12161 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12162 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
12163 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12164 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12165 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12166 it was when the search began.@refill
12167 @end ifnottex
12168 @tex
12169 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12170 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
12171 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12172 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12173 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12174 it was when the search began.
12175 @end tex
12176
12177 @kindex t m
12178 @pindex calc-trail-marker
12179 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
12180 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
12181 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
12182 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
12183 targets for later incremental searches in the trail.
12184
12185 @kindex t k
12186 @pindex calc-trail-kill
12187 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
12188 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
12189 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
12190 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
12191 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
12192
12193 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
12194 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12195
12196 @node Keep Arguments, , Trail Commands, Stack and Trail
12197 @section Keep Arguments
12198
12199 @noindent
12200 @kindex K
12201 @pindex calc-keep-args
12202 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
12203 the following command.  It prevents that command from removing its
12204 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
12205 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
12206 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
12207
12208 This works for all commands that take arguments off the stack.  As
12209 another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
12210 simplified version of the formula onto the stack after the original
12211 formula (rather than replacing the original formula).
12212
12213 Note that you could get the same effect by typing @kbd{RET a s},
12214 copying the formula and then simplifying the copy.  One difference
12215 is that for a very large formula the time taken to format the
12216 intermediate copy in @kbd{RET a s} could be noticeable; @kbd{K a s}
12217 would avoid this extra work.
12218
12219 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
12220 popping two values and pushing them back in the opposite order,
12221 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
12222
12223 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
12224 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
12225 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
12226 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
12227 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
12228 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12229
12230 Keyboard macros may interact surprisingly with the @kbd{K} prefix.
12231 If you have defined a keyboard macro to be, say, @samp{Q +} to add
12232 one number to the square root of another, then typing @kbd{K X} will
12233 execute @kbd{K Q +}, probably not what you expected.  The @kbd{K}
12234 prefix will apply to just the first command in the macro rather than
12235 the whole macro.
12236
12237 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12238 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12239 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12240 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12241 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12242 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12243
12244 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12245 @chapter Mode Settings
12246
12247 @noindent
12248 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12249 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12250 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12251
12252 @menu
12253 * General Mode Commands::
12254 * Precision::
12255 * Inverse and Hyperbolic::
12256 * Calculation Modes::
12257 * Simplification Modes::
12258 * Declarations::
12259 * Display Modes::
12260 * Language Modes::
12261 * Modes Variable::
12262 * Calc Mode Line::
12263 @end menu
12264
12265 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12266 @section General Mode Commands
12267
12268 @noindent
12269 @kindex m m
12270 @pindex calc-save-modes
12271 @cindex Continuous memory
12272 @cindex Saving mode settings
12273 @cindex Permanent mode settings
12274 @cindex @file{.emacs} file, mode settings
12275 You can save all of the current mode settings in your @file{.emacs} file
12276 with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  This will cause
12277 Emacs to reestablish these modes each time it starts up.  The modes saved
12278 in the file include everything controlled by the @kbd{m} and @kbd{d}
12279 prefix keys, the current precision and binary word size, whether or not
12280 the trail is displayed, the current height of the Calc window, and more.
12281 The current interface (used when you type @kbd{M-# M-#}) is also saved.
12282 If there were already saved mode settings in the file, they are replaced.
12283 Otherwise, the new mode information is appended to the end of the file.
12284
12285 @kindex m R
12286 @pindex calc-mode-record-mode
12287 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12288 record the new mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12289 time a mode setting changes.  If Embedded Mode is enabled, other
12290 options are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.
12291
12292 @kindex m F
12293 @pindex calc-settings-file-name
12294 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12295 choose a different place than your @file{.emacs} file for @kbd{m m},
12296 @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12297 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12298 their default values, then settings from the file you named are loaded
12299 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12300 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12301 file name is @file{~/.emacs}.  You can see the current file name by
12302 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12303 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Installation}.
12304
12305 If the file name you give contains the string @samp{.emacs} anywhere
12306 inside it, @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12307 is because you are presumably switching to your @file{~/.emacs} file,
12308 which may contain other things you don't want to reread.  You can give
12309 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12310 file no matter what its name.  Conversely, an argument of @i{-1} tells
12311 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @i{-2}
12312 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12313 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12314 modes present in the file you were using before.
12315
12316 @kindex m x
12317 @pindex calc-always-load-extensions
12318 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12319 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12320 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12321 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12322 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12323 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12324 once, rather than always in the future, you can press @kbd{M-# L}.
12325
12326 @kindex m S
12327 @pindex calc-shift-prefix
12328 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12329 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12330 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12331 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12332 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12333 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12334 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12335 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12336 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12337 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12338 shifted-prefix mode.
12339
12340 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12341 @section Precision
12342
12343 @noindent
12344 @kindex p
12345 @pindex calc-precision
12346 @cindex Precision of calculations
12347 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12348 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12349 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12350 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12351 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12352
12353 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12354 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12355
12356 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12357 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12358 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12359 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12360 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12361 round values already on the stack, but those values will be rounded
12362 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12363 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12364 existing value to a new precision.@refill
12365
12366 @cindex Accuracy of calculations
12367 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12368 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12369 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12370 The precision is the total number of digits not counting leading
12371 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12372 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12373 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12374 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12375 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12376 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12377 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12378 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12379
12380 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12381 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12382 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12383 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12384 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12385 of the numbers involved.
12386
12387 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12388 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12389 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12390 divided by 6 would be entered @kbd{899 RET 6 /}, yielding 149.833
12391 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12392 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12393
12394 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12395 issues.
12396
12397 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12398 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12399
12400 @noindent
12401 @kindex I
12402 @pindex calc-inverse
12403 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12404 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12405 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12406 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12407 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.@refill
12408
12409 @kindex H
12410 @pindex calc-hyperbolic
12411 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12412 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12413 If both of these flags are set at once, the effect will be
12414 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12415 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12416 instead of base-@i{e}, logarithm.)@refill
12417
12418 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12419 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12420 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12421 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12422
12423 The Inverse and Hyperbolic flags apply only to the next Calculator
12424 command, after which they are automatically cleared.  (They are also
12425 cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits you
12426 type after @kbd{I} or @kbd{H} (or @kbd{K}) are treated as prefix
12427 arguments for the next command, not as numeric entries.  The same
12428 is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means to
12429 subtract and keep arguments).
12430
12431 The third Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12432 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12433
12434 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12435 @section Calculation Modes
12436
12437 @noindent
12438 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12439 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12440 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12441 (@pxref{Algebraic Entry}).
12442
12443 @menu
12444 * Angular Modes::
12445 * Polar Mode::
12446 * Fraction Mode::
12447 * Infinite Mode::
12448 * Symbolic Mode::
12449 * Matrix Mode::
12450 * Automatic Recomputation::
12451 * Working Message::
12452 @end menu
12453
12454 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12455 @subsection Angular Modes
12456
12457 @noindent
12458 @cindex Angular mode
12459 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12460 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12461 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12462 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12463 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12464 degrees-minutes-seconds.
12465
12466 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12467 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12468 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12469 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12470 normally be done in radians mode, though.  Complex numbers are converted
12471 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12472 multiplying by 180 over @c{$\pi$}
12473 @cite{pi}.)
12474
12475 @kindex m r
12476 @pindex calc-radians-mode
12477 @kindex m d
12478 @pindex calc-degrees-mode
12479 @kindex m h
12480 @pindex calc-hms-mode
12481 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12482 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12483 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12484 The default angular mode is degrees.@refill
12485
12486 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12487 @subsection Polar Mode
12488
12489 @noindent
12490 @cindex Polar mode
12491 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12492 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12493 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12494 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12495 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12496
12497 @kindex m p
12498 @pindex calc-polar-mode
12499 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12500 preference between rectangular and polar forms.  In polar mode, all
12501 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12502
12503 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12504 @subsection Fraction Mode
12505
12506 @noindent
12507 @cindex Fraction mode
12508 @cindex Division of integers
12509 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12510 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12511 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12512 to multiply fractions instead:  @kbd{6 @key{RET} 1:4 *} produces @cite{3:2}
12513 even though @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @cite{1.5}.
12514
12515 @kindex m f
12516 @pindex calc-frac-mode
12517 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12518 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12519 For example, @cite{8/4} produces @cite{2} in either mode,
12520 but @cite{6/4} produces @cite{3:2} in Fraction Mode, @cite{1.5} in
12521 Float Mode.@refill
12522
12523 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12524 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12525 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12526
12527 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12528 @subsection Infinite Mode
12529
12530 @noindent
12531 @cindex Infinite mode
12532 The Calculator normally treats results like @cite{1 / 0} as errors;
12533 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12534 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12535 results.
12536
12537 @kindex m i
12538 @pindex calc-infinite-mode
12539 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12540 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12541 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12542 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12543 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12544 will not be generated when infinite mode is off.)
12545
12546 With infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12547 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12548 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @cite{0 / 0}
12549 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12550 functions can also return infinities in this mode; for example,
12551 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12552 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of infinite mode because
12553 this calculation has infinity as an input.
12554
12555 @cindex Positive infinite mode
12556 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12557 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a ``positive infinite mode'' in
12558 which zero is treated as positive instead of being directionless.  
12559 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12560 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12561 separate representations for @i{+0} and @i{-0}.  Positive
12562 infinite mode merely changes the interpretation given to the
12563 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12564 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12565 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12566
12567 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12568 @subsection Symbolic Mode
12569
12570 @noindent
12571 @cindex Symbolic mode
12572 @cindex Inexact results
12573 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12574 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12575 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12576 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12577 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12578
12579 @kindex m s
12580 @pindex calc-symbolic-mode
12581 In @dfn{symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12582 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12583 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12584 @samp{sqrt(2)}.
12585
12586 @kindex N
12587 @pindex calc-eval-num
12588 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12589 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12590 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12591 Given a numeric prefix argument, it also
12592 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12593 of the command.@refill
12594
12595 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12596 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12597 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12598 variables.)
12599
12600 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12601 @subsection Matrix and Scalar Modes
12602
12603 @noindent
12604 @cindex Matrix mode
12605 @cindex Scalar mode
12606 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12607 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12608 Calc has two modes, @dfn{matrix mode} and @dfn{scalar mode}, which
12609 modify its behavior around vectors in useful ways.
12610
12611 @kindex m v
12612 @pindex calc-matrix-mode
12613 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter matrix mode.
12614 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12615 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12616 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12617 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12618 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12619 mode is that calculations that would normally produce constants like
12620 0 and 1 (e.g., @cite{a - a} and @cite{a / a}, respectively) will now
12621 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12622 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12623 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12624 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12625 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12626 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12627 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12628 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12629 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12630 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12631
12632 Press @kbd{m v} a second time to get scalar mode.  Here, objects are
12633 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12634 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12635 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12636 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12637 another 3-vector.  In scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12638 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12639
12640 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12641
12642 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12643 get a special ``dimensioned matrix mode'' in which matrices of
12644 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12645 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12646 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.
12647
12648 @cindex Declaring scalar variables
12649 Of course these modes are approximations to the true state of
12650 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12651 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12652 certain variables or functions to be scalar-valued.
12653 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12654
12655 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12656 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12657 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12658 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12659 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12660 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12661 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12662
12663 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12664 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use matrix mode when operating on
12665 your formula normally; then, to apply scalar mode to a certain part
12666 of the formula without affecting the rest just select that part,
12667 change into scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12668 under this mode, then change back to matrix mode before deselecting.
12669
12670 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12671 @subsection Automatic Recomputation
12672
12673 @noindent
12674 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12675 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12676 whenever variable values or mode settings that might affect them
12677 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12678
12679 @kindex m C
12680 @pindex calc-auto-recompute
12681 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12682 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12683 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12684 attached Embedded Mode buffer, if there is one).  They will not
12685 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12686 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12687 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12688 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12689
12690 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12691 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{M-# u}}.
12692 @xref{Embedded Mode}.
12693
12694 @node Working Message, , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12695 @subsection Working Messages
12696
12697 @noindent
12698 @cindex Performance
12699 @cindex Working messages
12700 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12701 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12702 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12703 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12704 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12705 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12706 be disabled if you find them distracting.
12707
12708 @kindex m w
12709 @pindex calc-working
12710 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12711 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12712 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12713 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12714 the current mode.@refill
12715
12716 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12717 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12718 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12719 to turn the messages off.
12720
12721 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12722 @section Simplification Modes
12723
12724 @noindent
12725 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12726 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12727 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12728 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12729 form.  Others, such as simplifying a formula like @cite{a+a} (or @cite{2+3}),
12730 are done by default but can be turned off when necessary.
12731
12732 When you press a key like @kbd{+} when @cite{2} and @cite{3} are on the
12733 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12734 @cite{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12735 rules for normalizing @cite{2+3} will produce the result @cite{5}.
12736
12737 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12738 followed by a shifted letter.
12739
12740 @kindex m O
12741 @pindex calc-no-simplify-mode
12742 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12743 simplifications.  These would leave a formula like @cite{2+3} alone.  In
12744 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12745 in this mode.
12746
12747 @kindex m N
12748 @pindex calc-num-simplify-mode
12749 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12750 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12751 example, @cite{1+2} is simplified to @cite{3}, and @cite{a+(2-2)} is
12752 simplified to @cite{a+0} but no further, since one argument of the sum
12753 is not a constant.  Unfortunately, @cite{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12754 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12755 constant numbers (one of them is the formula @cite{a+2}).
12756 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12757 error form or modulo form), or a vector all of whose
12758 elements are constant.@refill
12759
12760 @kindex m D
12761 @pindex calc-default-simplify-mode
12762 The @kbd{m D} (@code{calc-default-simplify-mode}) command restores the
12763 default simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12764 fast algebraic simplifications such as @cite{a+0} to @cite{a}, and
12765 @cite{a + 2 a} to @cite{3 a}, as well as evaluating functions like
12766 @cite{@t{deriv}(x^2, x)} to @cite{2 x}.
12767
12768 @kindex m B
12769 @pindex calc-bin-simplify-mode
12770 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the default
12771 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12772 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12773 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12774 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12775 results (after the default simplifications) are left alone.
12776
12777 @kindex m A
12778 @pindex calc-alg-simplify-mode
12779 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does algebraic
12780 simplification; it applies all the default simplifications, and also
12781 the more powerful (and slower) simplifications made by @kbd{a s}
12782 (@code{calc-simplify}).  @xref{Algebraic Simplifications}.
12783
12784 @kindex m E
12785 @pindex calc-ext-simplify-mode
12786 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended''
12787 algebraic simplification, as by the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended})
12788 command.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12789
12790 @kindex m U
12791 @pindex calc-units-simplify-mode
12792 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12793 simplification; it applies the command @kbd{u s}
12794 (@code{calc-simplify-units}), which in turn
12795 is a superset of @kbd{a s}.  In this mode, variable names which
12796 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12797 are simplified with their unit definitions in mind.@refill
12798
12799 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12800 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12801 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12802 perform higher types of simplifications on demand.  @xref{Algebraic
12803 Definitions}, for another sample use of no-simplification mode.@refill
12804
12805 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12806 @section Declarations
12807
12808 @noindent
12809 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12810 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12811 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12812 take the fully general situation into account.
12813
12814 @menu
12815 * Declaration Basics::
12816 * Kinds of Declarations::
12817 * Functions for Declarations::
12818 @end menu
12819
12820 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12821 @subsection Declaration Basics
12822
12823 @noindent
12824 @kindex s d
12825 @pindex calc-declare-variable
12826 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12827 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12828 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12829 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12830 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12831 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12832 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12833
12834 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12835 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12836 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
12837 For example, @kbd{s d foo RET real RET} declares @code{foo} to
12838 be a real number, and @kbd{s d bar RET [int, const, [1..6]] RET}
12839 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
12840 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
12841 provide them for you: @kbd{s d bar RET int, const, [1..6] RET}.)
12842
12843 @cindex @code{Decls} variable
12844 @vindex Decls
12845 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
12846 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
12847 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
12848 vector of variables declared by that row, and the declaration
12849 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
12850 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
12851 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
12852 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
12853 permanently if you wish.
12854
12855 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
12856 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
12857 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
12858 command declares only variables, so if you wish to make a function
12859 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
12860
12861 For example, the declaration matrix
12862
12863 @group
12864 @smallexample
12865 [ [ foo,       real       ]
12866   [ [j, k, n], int        ]
12867   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
12868 @end smallexample
12869 @end group
12870
12871 @noindent
12872 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
12873 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
12874 returns a real number in the interval shown.
12875
12876 @vindex All
12877 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
12878 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
12879 It does not apply to function names.  For example, using the row
12880 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
12881 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
12882 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
12883 response to the variable-name prompt.
12884
12885 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
12886 @subsection Kinds of Declarations
12887
12888 @noindent
12889 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
12890 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
12891 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
12892 more intervals or numbers that represent the set of possible values
12893 for the variable.
12894
12895 @group
12896 @smallexample
12897 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
12898   [ b, [1 .. 5]        ]
12899   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
12900 @end smallexample
12901 @end group
12902
12903 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
12904 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
12905 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
12906 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
12907 nearly equivalent (see below).
12908
12909 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
12910 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
12911 as not declaring the variable at all except that it overrides any
12912 @code{All} declaration which would otherwise apply.
12913
12914 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
12915 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
12916 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
12917 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
12918 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
12919 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
12920
12921 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
12922 stored in a variable:
12923
12924 @table @code
12925 @item int
12926 Integers.
12927 @item numint
12928 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
12929 @item frac
12930 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
12931 @item rat
12932 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
12933 @item float
12934 Floating-point numbers.
12935 @item real
12936 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
12937 intervals and error forms with real components also count as
12938 reals here.)
12939 @item pos
12940 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
12941 @item nonneg
12942 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
12943 @item number
12944 Numbers.  (Real or complex.)
12945 @end table
12946
12947 Calc uses this information to determine when certain simplifications
12948 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
12949 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
12950 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @i{-3}.
12951 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
12952 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
12953 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
12954 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
12955 of the formula.
12956
12957 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
12958 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
12959 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
12960 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
12961 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
12962 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
12963
12964 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
12965 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
12966 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
12967 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
12968 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
12969
12970 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
12971 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
12972 Calc leaves this formula alone.  After the command
12973 @kbd{s d x RET real RET}, however, it can simplify the formula to
12974 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x RET nonneg RET}, Calc can
12975 simplify this formula all the way to @samp{x}.
12976
12977 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
12978 they comprise the set of possible values that the variable or
12979 function being declared can have.  In particular, the type symbol
12980 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
12981 (note that infinity is included in the range of possible values);
12982 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
12983 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
12984 redundant because the fact that the variable is real can be
12985 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
12986 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
12987
12988 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
12989 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
12990
12991 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
12992 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
12993 In other words, the range of possible values means only that
12994 the variable's value must be numerically equal to a number in
12995 that range, but not that it must be equal in type as well.
12996 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
12997 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
12998
12999 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
13000 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
13001 where the interval does not lie in the range described by the
13002 type symbol.
13003
13004 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
13005 like the one described above.  Another case where they are used
13006 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
13007 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
13008 roots (if any) will be included in the list.
13009
13010 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
13011 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
13012 shown above).
13013
13014 Another command that makes use of declarations is @kbd{a s}, when
13015 simplifying equations and inequalities.  It will cancel @code{x}
13016 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
13017 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
13018 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
13019 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
13020 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
13021 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
13022 including cancelling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
13023 not known to be nonzero.
13024
13025 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
13026
13027 @table @code
13028 @item scalar
13029 The value is not a vector.
13030 @item vector
13031 The value is a vector.
13032 @item matrix
13033 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
13034 @end table
13035
13036 These type symbols can be combined with the other type symbols
13037 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
13038 is a matrix of integers.
13039
13040 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
13041 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
13042 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
13043 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
13044 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
13045 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
13046 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
13047 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
13048 declarations.)
13049
13050 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of ``matrix mode'' and
13051 ``scalar mode,'' which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
13052 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
13053
13054 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
13055 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
13056
13057 @table @code
13058 @item const
13059 The value is a constant with respect to other variables.
13060 @end table
13061
13062 Calc does not check the declarations for a variable when you store
13063 a value in it.  However, storing @i{-3.5} in a variable that has
13064 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
13065 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @cite{3.5}
13066 if it substitutes the value first, or to @cite{-3.5} if @code{x}
13067 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
13068 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
13069 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
13070 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
13071 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
13072
13073 @node Functions for Declarations, , Kinds of Declarations, Declarations
13074 @subsection Functions for Declarations
13075
13076 @noindent
13077 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
13078 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
13079 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
13080 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
13081 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
13082 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
13083 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
13084 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
13085 that perform other tests not related to declarations.
13086
13087 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
13088 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
13089 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
13090 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
13091 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
13092
13093 @c @starindex
13094 @tindex dint
13095 @c @starindex
13096 @tindex dnumint
13097 @c @starindex
13098 @tindex dnatnum
13099 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
13100 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
13101 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
13102 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
13103 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
13104 data type functions also accept vectors or matrices composed of
13105 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
13106 are considered to be integers for the purposes of these functions.
13107
13108 @c @starindex
13109 @tindex drat
13110 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
13111 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
13112 and error forms do not.
13113
13114 @c @starindex
13115 @tindex dreal
13116 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
13117 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
13118
13119 @c @starindex
13120 @tindex dimag
13121 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
13122 i.e., is mathematically equal to a real number times @cite{i}.
13123
13124 @c @starindex
13125 @tindex dpos
13126 @c @starindex
13127 @tindex dneg
13128 @c @starindex
13129 @tindex dnonneg
13130 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
13131 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
13132 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
13133 equal to zero.  Note that the @kbd{a s} command can simplify an
13134 expression like @cite{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}, and that
13135 @kbd{a s} is effectively applied to all conditions in rewrite rules,
13136 so the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
13137 are rarely necessary.
13138
13139 @c @starindex
13140 @tindex dnonzero
13141 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
13142 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
13143 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
13144 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
13145 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
13146 represent values which could be anything including zero.  (This is
13147 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
13148
13149 @c @starindex
13150 @tindex deven
13151 @c @starindex
13152 @tindex dodd
13153 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
13154 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
13155 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
13156 The @kbd{a s} command uses this to simplify a test of the form
13157 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
13158
13159 @c @starindex
13160 @tindex drange
13161 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
13162 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
13163 the set of possible values of its argument.  If the argument is
13164 a variable or a function with a declaration, the range is copied
13165 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
13166 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
13167 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
13168 the expression is not provably real, the @code{drange} function
13169 remains unevaluated.
13170
13171 @c @starindex
13172 @tindex dscalar
13173 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
13174 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
13175 unevaluated if this cannot be determined.  (If matrix mode or scalar
13176 mode are in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
13177 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
13178 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
13179 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
13180 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
13181 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
13182 information to tell.
13183
13184 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
13185 @section Display Modes
13186
13187 @noindent
13188 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
13189 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
13190 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
13191 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
13192 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
13193 @pxref{Vector and Matrix Formats}.@refill
13194
13195 One thing all display modes have in common is their treatment of the
13196 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
13197 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13198 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13199 reflect the latest mode settings.
13200
13201 @kindex d RET
13202 @pindex calc-refresh-top
13203 The @kbd{d RET} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13204 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13205 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13206 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13207 @kbd{d SPC} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13208 For example, @kbd{H d s M-2 d RET} changes to scientific notation
13209 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13210
13211 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13212 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13213 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13214 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d RET H d @var{(old mode)}}.
13215
13216 @menu
13217 * Radix Modes::
13218 * Grouping Digits::
13219 * Float Formats::
13220 * Complex Formats::
13221 * Fraction Formats::
13222 * HMS Formats::
13223 * Date Formats::
13224 * Truncating the Stack::
13225 * Justification::
13226 * Labels::
13227 @end menu
13228
13229 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13230 @subsection Radix Modes
13231
13232 @noindent
13233 @cindex Radix display
13234 @cindex Non-decimal numbers
13235 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13236 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13237 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13238 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13239 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13240 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13241
13242 @kindex d 2
13243 @kindex d 8
13244 @kindex d 6
13245 @kindex d 0
13246 @cindex Hexadecimal integers
13247 @cindex Octal integers
13248 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13249 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13250 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13251 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13252 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13253 as decimal.@refill
13254
13255 @kindex d r
13256 @pindex calc-radix
13257 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13258 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13259 argument; otherwise you will be prompted for it.
13260
13261 @kindex d z
13262 @pindex calc-leading-zeros
13263 @cindex Leading zeros
13264 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13265 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13266 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13267 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13268 word size.)  If the absolute value of the word size is @cite{w}, all integers
13269 are displayed with at least enough digits to represent @c{$2^w-1$}
13270 @cite{(2^w)-1} in the
13271 current radix.  (Larger integers will still be displayed in their entirety.)
13272
13273 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13274 @subsection Grouping Digits
13275
13276 @noindent
13277 @kindex d g
13278 @pindex calc-group-digits
13279 @cindex Grouping digits
13280 @cindex Digit grouping
13281 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13282 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13283 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{grouping} mode, in which digits
13284 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13285 separated by commas.
13286
13287 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13288 With a numerix prefix of 0, this command displays the current state of
13289 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13290 with a positive argument @cite{N} it enables grouping on every @cite{N}
13291 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13292 before the decimal point.  A negative prefix argument @cite{-N} enables
13293 grouping every @cite{N} digits both before and after the decimal point.@refill
13294
13295 @kindex d ,
13296 @pindex calc-group-char
13297 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13298 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13299 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13300 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13301 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13302 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13303 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13304
13305 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13306 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{M-# y} and @kbd{M-# g}.
13307 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13308 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13309 is ignored by @TeX{} language mode.
13310
13311 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13312 @subsection Float Formats
13313
13314 @noindent
13315 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13316 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13317 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13318 in this section allow you to choose among several alternative display
13319 formats for floats.
13320
13321 @kindex d n
13322 @pindex calc-normal-notation
13323 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13324 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13325 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13326 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13327 the specified number of significant digits less than the current
13328 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13329 current precision is 12.)
13330
13331 @kindex d f
13332 @pindex calc-fix-notation
13333 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13334 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13335 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13336 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13337 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13338 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13339 to zero rather than switching to scientific notation.
13340
13341 @kindex d s
13342 @pindex calc-sci-notation
13343 @cindex Scientific notation, display of
13344 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13345 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13346 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13347 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13348 The default is to display all significant digits.
13349
13350 @kindex d e
13351 @pindex calc-eng-notation
13352 @cindex Engineering notation, display of
13353 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13354 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13355 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13356 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13357 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13358
13359 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13360 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13361 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13362 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13363 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13364 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13365 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13366 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{M-# y} which operate on the
13367 actual displayed text in the Calculator buffer.
13368
13369 @kindex d .
13370 @pindex calc-point-char
13371 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13372 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13373 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13374 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13375 numbers, and commas to separate elements in a list.
13376
13377 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13378 @subsection Complex Formats
13379
13380 @noindent
13381 @kindex d c
13382 @pindex calc-complex-notation
13383 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13384 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13385 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13386 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.@refill
13387
13388 @kindex d i
13389 @pindex calc-i-notation
13390 @kindex d j
13391 @pindex calc-j-notation
13392 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13393 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13394 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13395 in some disciplines.@refill
13396
13397 @cindex @code{i} variable
13398 @vindex i
13399 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13400 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13401 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13402 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13403 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13404 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13405 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13406 @xref{Variables}, under ``special constants.''@refill
13407
13408 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13409 @subsection Fraction Formats
13410
13411 @noindent
13412 @kindex d o
13413 @pindex calc-over-notation
13414 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13415 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13416 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13417 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13418 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13419 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13420 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13421 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13422
13423 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13424 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13425 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13426 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13427 and @kbd{8:3} are equivalent).
13428
13429 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13430 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13431 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13432 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13433 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13434 the fraction @cite{1:6} will be unaffected, but @cite{2:3} will be
13435 displayed as @cite{4:6}, @cite{1:2} will be displayed as @cite{3:6},
13436 and @cite{1:8} will be displayed as @cite{3:24}.  Integers are also
13437 affected by this mode:  3 is displayed as @cite{18:6}.  Note that the
13438 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13439 integers as @cite{n:1}.
13440
13441 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13442 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13443 never affects floats.
13444
13445 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13446 @subsection HMS Formats
13447
13448 @noindent
13449 @kindex d h
13450 @pindex calc-hms-notation
13451 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13452 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13453 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13454 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13455 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13456 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13457 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13458
13459 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13460 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13461 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13462 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13463 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13464 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13465 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13466 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13467 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13468 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13469 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13470 entry.
13471
13472 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13473 @subsection Date Formats
13474
13475 @noindent
13476 @kindex d d
13477 @pindex calc-date-notation
13478 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13479 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13480 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13481 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13482 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13483 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13484 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13485 pure dates.
13486
13487 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13488 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13489 If you enter a blank format string, this default format is
13490 reestablished.
13491
13492 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13493 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13494 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13495
13496 @menu
13497 * Date Formatting Codes::
13498 * Free-Form Dates::
13499 * Standard Date Formats::
13500 @end menu
13501
13502 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13503 @subsubsection Date Formatting Codes
13504
13505 @noindent
13506 When displaying a date, the current date format is used.  All
13507 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13508 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13509 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13510 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13511 below.
13512
13513 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13514 match the input string to the current format either with or without
13515 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13516 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13517 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13518 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13519 since Jan 1, 1 AD.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13520 flexible algorithm which is described in the next section.
13521
13522 Weekday names are ignored during reading.
13523
13524 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13525 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13526 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13527 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13528 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13529
13530 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13531
13532 @table @asis
13533 @item Y
13534 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13535 @item YY
13536 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13537 @item BY
13538 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13539 @item YYY
13540 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13541 @item YYYY
13542 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13543 @item aa
13544 Year:  ``ad'' or blank.
13545 @item AA
13546 Year:  ``AD'' or blank.
13547 @item aaa
13548 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13549 @item AAA
13550 Year:  ``AD '' or blank.
13551 @item aaaa
13552 Year:  ``a.d.'' or blank.
13553 @item AAAA
13554 Year:  ``A.D.'' or blank.
13555 @item bb
13556 Year:  ``bc'' or blank.
13557 @item BB
13558 Year:  ``BC'' or blank.
13559 @item bbb
13560 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13561 @item BBB
13562 Year:  `` BC'' or blank.
13563 @item bbbb
13564 Year:  ``b.c.'' or blank.
13565 @item BBBB
13566 Year:  ``B.C.'' or blank.
13567 @item M
13568 Month:  ``8'' for August.
13569 @item MM
13570 Month:  ``08'' for August.
13571 @item BM
13572 Month:  `` 8'' for August.
13573 @item MMM
13574 Month:  ``AUG'' for August.
13575 @item Mmm
13576 Month:  ``Aug'' for August.
13577 @item mmm
13578 Month:  ``aug'' for August.
13579 @item MMMM
13580 Month:  ``AUGUST'' for August.
13581 @item Mmmm
13582 Month:  ``August'' for August.
13583 @item D
13584 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13585 @item DD
13586 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13587 @item BD
13588 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13589 @item W
13590 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13591 @item WWW
13592 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13593 @item Www
13594 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13595 @item www
13596 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13597 @item WWWW
13598 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13599 @item Wwww
13600 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13601 @item d
13602 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13603 @item ddd
13604 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13605 @item bdd
13606 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13607 @item h
13608 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13609 @item hh
13610 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13611 @item bh
13612 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13613 @item H
13614 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13615 @item HH
13616 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13617 @item BH
13618 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13619 @item p
13620 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13621 @item P
13622 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13623 @item pp
13624 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13625 @item PP
13626 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13627 @item pppp
13628 AM/PM:  ``a.m.'' or ``p.m.''.
13629 @item PPPP
13630 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13631 @item m
13632 Minutes:  ``7'' for 7.
13633 @item mm
13634 Minutes:  ``07'' for 7.
13635 @item bm
13636 Minutes:  `` 7'' for 7.
13637 @item s
13638 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13639 @item ss
13640 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13641 @item bs
13642 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13643 @item SS
13644 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13645 @item BS
13646 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13647 @item N
13648 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13649 @item n
13650 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13651 @item J
13652 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13653 @item j
13654 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13655 @item U
13656 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13657 @item X
13658 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13659 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13660 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13661 required for algebraic entry.
13662 @end table
13663
13664 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13665 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13666
13667 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13668 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13669 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13670 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13671 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13672
13673 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13674 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13675 reading unless several of these codes are strung together with no
13676 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13677 many digits as there are letters in the format.
13678
13679 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13680 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13681 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13682
13683 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13684 @subsubsection Free-Form Dates
13685
13686 @noindent
13687 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13688 on the algorithm described here if the input does not exactly
13689 match the current date format.  This algorithm generally
13690 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13691 but it is described here in full detail for the curious.
13692
13693 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13694 while interpreting dates.
13695
13696 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13697 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13698 the date.
13699
13700 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13701 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13702 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13703 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13704 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13705 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13706 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13707 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13708 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13709 recognized with no number attached.
13710
13711 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13712 format.
13713
13714 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13715 from the string; other characters are ignored.  All words must
13716 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13717 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13718 abbreviations.
13719
13720 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13721 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13722 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13723 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13724 assumes the month, day and year are in the same order that they
13725 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13726 current year is taken from the system clock.
13727
13728 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13729 words, then the input is rejected.
13730
13731 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13732 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13733 like Julian dates that were included along with the traditional
13734 date components when the date was formatted.
13735
13736 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13737 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13738 minus sign on the year value.
13739
13740 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13741 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13742
13743 @node Standard Date Formats, , Free-Form Dates, Date Formats
13744 @subsubsection Standard Date Formats
13745
13746 @noindent
13747 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13748 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13749 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13750 to select the other formats.
13751
13752 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13753 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13754 enter will be recorded as the new standard format of that
13755 number, as well as becoming the new current date format.
13756 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13757 command (@pxref{Mode Settings}).
13758
13759 @table @asis
13760 @item 0
13761 @samp{N}  (Numerical format)
13762 @item 1
13763 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13764 @item 2
13765 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13766 @item 3
13767 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13768 @item 4
13769 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13770 @item 5
13771 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13772 @item 6
13773 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13774 @item 7
13775 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13776 @item 8
13777 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13778 @item 9
13779 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13780 @end table
13781
13782 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13783 @subsection Truncating the Stack
13784
13785 @noindent
13786 @kindex d t
13787 @pindex calc-truncate-stack
13788 @cindex Truncating the stack
13789 @cindex Narrowing the stack
13790 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13791 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13792 The number right above that line is considered to the be at the top of
13793 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13794 operations.  This is similar to the Emacs ``narrowing'' feature, except
13795 that the values below the @samp{.} are @emph{visible}, just temporarily
13796 frozen.  This feature allows you to keep several independent calculations
13797 running at once in different parts of the stack, or to apply a certain
13798 command to an element buried deep in the stack.@refill
13799
13800 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13801 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13802 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13803 With a positive numeric prefix argument @cite{n}, @kbd{d t} hides the
13804 bottom @cite{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
13805 all but the top @cite{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
13806 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.@refill
13807
13808 @kindex d [
13809 @pindex calc-truncate-up
13810 @kindex d ]
13811 @pindex calc-truncate-down
13812 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
13813 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
13814 line at a time (or several lines with a prefix argument).@refill
13815
13816 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
13817 @subsection Justification
13818
13819 @noindent
13820 @kindex d <
13821 @pindex calc-left-justify
13822 @kindex d =
13823 @pindex calc-center-justify
13824 @kindex d >
13825 @pindex calc-right-justify
13826 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
13827 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
13828 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
13829 (@code{calc-center-justify}).  For example, in right-justification mode,
13830 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
13831 window.@refill
13832
13833 If you change the width of the Calculator window you may have to type
13834 @kbd{d SPC} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
13835 text.
13836
13837 Right-justification is especially useful together with fixed-point
13838 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
13839 together, the decimal points on numbers will always line up.
13840
13841 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
13842 a little extra control over the display.  The argument specifies the
13843 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
13844 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
13845 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
13846 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
13847 origin and line width is slightly different in each justification
13848 mode.
13849
13850 In left-justified mode, the line is indented by a number of spaces
13851 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
13852 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
13853 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
13854 line is indented to the origin.
13855
13856 In right-justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
13857 character is just before the origin, or just before the current
13858 window width if no origin was specified.  If the line is too long
13859 for this, then it is broken; the current line width is used, if
13860 specified, or else the origin is used as a width if that is
13861 specified, or else the line is broken to fit in the window.
13862
13863 In centering mode, the origin is the column number of the center of
13864 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
13865 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
13866 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
13867 line width or Calc window width is used.
13868
13869 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
13870 is indented an additional four spaces to make room for the line
13871 number.  The width of the line number is taken into account when
13872 positioning according to the current Calc window width, but not
13873 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
13874 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
13875 shifted over four spaces to fit the line numbers.
13876
13877 @node Labels, , Justification, Display Modes
13878 @subsection Labels
13879
13880 @noindent
13881 @kindex d @{
13882 @pindex calc-left-label
13883 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
13884 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
13885 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
13886 appear immediately after the label (unless you specified an origin
13887 greater than the length of the label).  If the entries are centered
13888 or right-justified, the label appears on the far left and does not
13889 affect the horizontal position of the stack entry.
13890
13891 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
13892
13893 @kindex d @}
13894 @pindex calc-right-label
13895 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
13896 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
13897 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
13898 a line width and an origin are given in right-justified mode, the
13899 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
13900 justified to the line width.
13901
13902 One application of labels would be to add equation numbers to
13903 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
13904 document (possibly using Embedded Mode).  The equations would
13905 typically be centered, and the equation numbers would be on the
13906 left or right as you prefer.
13907
13908 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
13909 @section Language Modes
13910
13911 @noindent
13912 The commands in this section change Calc to use a different notation for
13913 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
13914 other common language such as Pascal or @TeX{}.  Objects displayed on the
13915 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
13916 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
13917 another buffer will be interpreted according to the current language.
13918
13919 The current language has no effect on things written to or read from the
13920 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
13921 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
13922 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
13923
13924 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
13925 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
13926 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
13927 to switch to C notation.  Now use @code{C-u M-# g} to grab the formula
13928 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
13929 to the first variable, and @kbd{M-# y} to yank the formula for the derivative
13930 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
13931 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
13932
13933 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
13934 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
13935 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
13936 and would have written the formula back with notations (like implicit
13937 multiplication) which would not have been legal for a C program.
13938
13939 As another example, suppose you are maintaining a C program and a @TeX{}
13940 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
13941 formula from the program in C mode, switch to @TeX{} mode, and yank the
13942 formula into the document in @TeX{} math-mode format.
13943
13944 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
13945 shifted letter key.
13946
13947 @menu
13948 * Normal Language Modes::
13949 * C FORTRAN Pascal::
13950 * TeX Language Mode::
13951 * Eqn Language Mode::
13952 * Mathematica Language Mode::
13953 * Maple Language Mode::
13954 * Compositions::
13955 * Syntax Tables::
13956 @end menu
13957
13958 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
13959 @subsection Normal Language Modes
13960
13961 @noindent
13962 @kindex d N
13963 @pindex calc-normal-language
13964 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
13965 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
13966 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
13967 objects are written in linear form, as they would be typed from the
13968 keyboard.
13969
13970 @kindex d O
13971 @pindex calc-flat-language
13972 @cindex Matrix display
13973 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
13974 identical with the normal one, except that matrices are written in
13975 one-line form along with everything else.  In some applications this
13976 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
13977
13978 @kindex d b
13979 @pindex calc-line-breaking
13980 @cindex Line breaking
13981 @cindex Breaking up long lines
13982 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
13983 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
13984 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
13985 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
13986 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
13987 command, that argument will specify the line width used when breaking
13988 long lines.
13989
13990 @kindex d B
13991 @pindex calc-big-language
13992 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
13993 which uses textual approximations to various mathematical notations,
13994 such as powers, quotients, and square roots:
13995
13996 @example
13997   ____________
13998  | a + 1    2
13999  | ----- + c
14000 \|   b
14001 @end example
14002
14003 @noindent
14004 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
14005
14006 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in ``big''
14007 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
14008 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
14009 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
14010 notation.
14011
14012 One slight ambiguity of Big notation is that
14013
14014 @example
14015   3
14016 - -
14017   4
14018 @end example
14019
14020 @noindent
14021 can represent either the negative rational number @cite{-3:4}, or the
14022 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
14023 never be displayed because it would immediately be evaluated to
14024 @cite{-3:4} or @cite{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
14025 typical use.
14026
14027 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
14028 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
14029 though generally you will know which interpretation is correct.
14030 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
14031 in Big mode.
14032
14033 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
14034 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
14035 You may find it useful to expand the Calc window's height using
14036 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
14037 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
14038
14039 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
14040 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
14041 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
14042 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
14043
14044 @kindex d U
14045 @pindex calc-unformatted-language
14046 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
14047 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
14048 shown above would be displayed:
14049
14050 @example
14051 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
14052 @end example
14053
14054 These four modes differ only in display format, not in the format
14055 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
14056 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
14057 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
14058 parentheses).
14059
14060 @node C FORTRAN Pascal, TeX Language Mode, Normal Language Modes, Language Modes
14061 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
14062
14063 @noindent
14064 @kindex d C
14065 @pindex calc-c-language
14066 @cindex C language
14067 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
14068 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
14069 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
14070 particular, C language operators and operator precedences are used in
14071 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
14072 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
14073 @samp{pow(a,b)}.
14074
14075 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
14076 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
14077 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
14078 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
14079 mode is the same as @samp{a_i} in normal mode.  Assignments
14080 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
14081 using the @samp{:=} symbol.
14082
14083 The variables @code{var-pi} and @code{var-e} would be displayed @samp{pi}
14084 and @samp{e} in normal mode, but in C mode they are displayed as
14085 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
14086 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
14087 names are different in C are translated automatically for entry and
14088 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
14089 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
14090 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
14091
14092 @kindex d P
14093 @pindex calc-pascal-language
14094 @cindex Pascal language
14095 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
14096 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
14097 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
14098 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
14099 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
14100 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
14101 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
14102 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
14103 of handling these in Pascal.
14104
14105 @kindex d F
14106 @pindex calc-fortran-language
14107 @cindex FORTRAN language
14108 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
14109 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
14110 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
14111 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
14112 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
14113 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
14114 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
14115 Also, if the variable @code{a} has been declared to have type
14116 @code{vector} or @code{matrix} then @samp{a(i)} will be parsed as a
14117 subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't matter, though;
14118 if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and Calc interprets
14119 it as a function call, you'll never know the difference unless you
14120 switch to another language mode or replace @code{a} with an actual
14121 vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
14122 function!).
14123
14124 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
14125 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
14126 normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
14127
14128 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
14129 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
14130 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
14131 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
14132 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
14133 convert to lower-case for display and input.
14134
14135 @node TeX Language Mode, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
14136 @subsection @TeX{} Language Mode
14137
14138 @noindent
14139 @kindex d T
14140 @pindex calc-tex-language
14141 @cindex TeX language
14142 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
14143 of ``math mode'' in the @TeX{} typesetting language, by Donald Knuth.
14144 Formulas are entered
14145 and displayed in @TeX{} notation, as in @samp{\sin\left( a \over b \right)}.
14146 Math formulas are usually enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{}; these
14147 should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc, the @samp{$} sign
14148 has the same meaning it always does in algebraic formulas (a reference to
14149 an existing entry on the stack).@refill
14150
14151 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
14152 quotients are written using @code{\over};
14153 binomial coefficients are written with @code{\choose}.
14154 Interval forms are written with @code{\ldots}, and
14155 error forms are written with @code{\pm}.
14156 Absolute values are written as in @samp{|x + 1|}, and the floor and
14157 ceiling functions are written with @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc.
14158 The words @code{\left} and @code{\right} are ignored when reading
14159 formulas in @TeX{} mode.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written
14160 as @code{\infty}; when read, @code{\infty} always translates to
14161 @code{inf}.@refill
14162
14163 Function calls are written the usual way, with the function name followed
14164 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{} has
14165 special names (like @code{\sin}) will use curly braces instead of
14166 parentheses for very simple arguments.  During input, curly braces and
14167 parentheses work equally well for grouping, but when the document is
14168 formatted the curly braces will be invisible.  Thus the printed result is
14169 @c{$\sin{2 x}$}
14170 @cite{sin 2x} but @c{$\sin(2 + x)$}
14171 @cite{sin(2 + x)}.
14172
14173 Function and variable names not treated specially by @TeX{} are simply
14174 written out as-is, which will cause them to come out in italic letters
14175 in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} with a positive numeric
14176 prefix argument, names of more than one character will instead be written
14177 @samp{\hbox@{@var{name}@}}.  The @samp{\hbox@{ @}} notation is ignored
14178 during reading.  If you use a negative prefix argument, such function
14179 names are written @samp{\@var{name}}, and function names that begin
14180 with @code{\} during reading have the @code{\} removed.  (Note that
14181 in this mode, long variable names are still written with @code{\hbox}.
14182 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar}
14183 in any @TeX{} mode.)
14184
14185 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14186 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14187 @code{\bmatrix}.  The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14188 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14189 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14190 format; you may need to edit this afterwards to change @code{\matrix}
14191 to @code{\pmatrix} or @code{\\} to @code{\cr}.
14192
14193 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14194 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14195 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14196 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14197 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14198 in Calc, @TeX{}, and @dfn{eqn} (described in the next section):
14199
14200 @iftex
14201 @begingroup
14202 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14203 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14204 @end iftex
14205 @c @starindex
14206 @tindex acute
14207 @c @starindex
14208 @tindex bar
14209 @c @starindex
14210 @tindex breve
14211 @c @starindex
14212 @tindex check
14213 @c @starindex
14214 @tindex dot
14215 @c @starindex
14216 @tindex dotdot
14217 @c @starindex
14218 @tindex dyad
14219 @c @starindex
14220 @tindex grave
14221 @c @starindex
14222 @tindex hat
14223 @c @starindex
14224 @tindex Prime
14225 @c @starindex
14226 @tindex tilde
14227 @c @starindex
14228 @tindex under
14229 @c @starindex
14230 @tindex Vec
14231 @iftex
14232 @endgroup
14233 @end iftex
14234 @example
14235 Calc      TeX           eqn
14236 ----      ---           ---
14237 acute     \acute
14238 bar       \bar          bar
14239 breve     \breve        
14240 check     \check
14241 dot       \dot          dot
14242 dotdot    \ddot         dotdot
14243 dyad                    dyad
14244 grave     \grave
14245 hat       \hat          hat
14246 Prime                   prime
14247 tilde     \tilde        tilde
14248 under     \underline    under
14249 Vec       \vec          vec
14250 @end example
14251
14252 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14253 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14254 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14255 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14256 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14257 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14258 You will typically want to include one of the following definitions
14259 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14260
14261 @example
14262 \def\evalto@{@}
14263 \def\evalto#1\to@{@}
14264 @end example
14265
14266 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14267 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14268 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14269 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14270 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14271 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14272
14273 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14274 reading is:
14275
14276 @example
14277 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14278 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14279 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14280 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14281 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14282 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14283 \evalto
14284 @end example
14285
14286 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} formula
14287 into Calc and writing it back out may lose spacing and font information.
14288
14289 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14290 the same as @samp{*}.
14291
14292 @ifnottex
14293 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14294 end of this section.
14295 @end ifnottex
14296 @iftex
14297 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14298
14299 @group
14300 @example
14301 sin(a^2 / b_i)
14302 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14303 @end example
14304 @tex
14305 \let\rm\goodrm
14306 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14307 @end tex
14308 @sp 1
14309 @end group
14310
14311 @group
14312 @example
14313 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14314 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14315 @end example
14316 @tex
14317 \turnoffactive
14318 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14319 @end tex
14320 @sp 1
14321 @end group
14322
14323 @group
14324 @example
14325 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14326 [|a|, \left| a \over b \right|,
14327  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14328 @end example
14329 @tex
14330 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14331     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14332 @end tex
14333 @sp 1
14334 @end group
14335
14336 @group
14337 @example
14338 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14339 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14340  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14341 @end example
14342 @tex
14343 \turnoffactive\let\rm\goodrm
14344 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14345 @end tex
14346 @sp 2
14347 @end group
14348
14349 @group
14350 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14351 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14352 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14353
14354 @example
14355
14356 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14357 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14358 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14359 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14360 @end example
14361 @tex
14362 \let\rm\goodrm
14363 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14364 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14365 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14366 @end tex
14367 @sp 2
14368 @end group
14369
14370 @group
14371 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14372
14373 @example
14374
14375 2 + 3 => 5
14376 \evalto 2 + 3 \to 5
14377 @end example
14378 @tex
14379 \turnoffactive
14380 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14381 $$ 5 $$
14382 @end tex
14383 @sp 2
14384 @end group
14385
14386 @group
14387 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14388
14389 @example
14390
14391 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14392 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14393 @end example
14394 @tex
14395 \turnoffactive
14396 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14397 {\let\to\Rightarrow
14398 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14399 @end tex
14400 @sp 2
14401 @end group
14402
14403 @group
14404 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14405
14406 @example
14407
14408 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14409 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14410 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14411 @end example
14412 @tex
14413 \turnoffactive
14414 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14415 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14416 @end tex
14417 @sp 2
14418 @end group
14419 @end iftex
14420
14421 @node Eqn Language Mode, Mathematica Language Mode, TeX Language Mode, Language Modes
14422 @subsection Eqn Language Mode
14423
14424 @noindent
14425 @kindex d E
14426 @pindex calc-eqn-language
14427 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14428 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14429 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14430 command selects @dfn{eqn} notation.
14431
14432 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14433 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14434 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14435 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14436 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14437 required only when the argument contains spaces.
14438
14439 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14440 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14441 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14442 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14443 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14444 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14445 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14446
14447 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14448 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14449 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14450 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14451 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14452 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14453 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14454 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14455 names, too.)
14456
14457 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14458 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14459 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14460 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14461 the typeset output of @dfn{eqn}).
14462
14463 As in @TeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14464 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14465 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14466 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14467
14468 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14469 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14470 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14471 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14472 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14473 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14474 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14475
14476 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14477 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.  @xref{TeX Language
14478 Mode}, for a table of these accent functions.  The @code{prime} accent
14479 is treated specially if it occurs on a variable or function name:
14480 @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is stored internally as
14481 @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the derivative of @samp{f(2 x)}
14482 with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2 x)}, which @dfn{eqn} mode
14483 will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14484
14485 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14486 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14487 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX Language Mode}, for a discussion
14488 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14489 recognized for these operators during reading.
14490
14491 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14492 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14493 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14494 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14495 if the matrix justification mode so specifies.
14496
14497 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14498 @subsection Mathematica Language Mode
14499
14500 @noindent
14501 @kindex d M
14502 @pindex calc-mathematica-language
14503 @cindex Mathematica language
14504 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14505 conventions of Mathematica, a powerful and popular mathematical tool
14506 from Wolfram Research, Inc.  Notable differences in Mathematica mode
14507 are that the names of built-in functions are capitalized, and function
14508 calls use square brackets instead of parentheses.  Thus the Calc
14509 formula @samp{sin(2 x)} is entered and displayed @w{@samp{Sin[2 x]}} in
14510 Mathematica mode.
14511
14512 Vectors and matrices use curly braces in Mathematica.  Complex numbers
14513 are written @samp{3 + 4 I}.  The standard special constants in Calc are
14514 written @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, @code{GoldenRatio}, @code{EulerGamma},
14515 @code{Infinity}, @code{ComplexInfinity}, and @code{Indeterminate} in
14516 Mathematica mode.
14517 Non-decimal numbers are written, e.g., @samp{16^^7fff}.  Floating-point
14518 numbers in scientific notation are written @samp{1.23*10.^3}.
14519 Subscripts use double square brackets: @samp{a[[i]]}.@refill
14520
14521 @node Maple Language Mode, Compositions, Mathematica Language Mode, Language Modes
14522 @subsection Maple Language Mode
14523
14524 @noindent
14525 @kindex d W
14526 @pindex calc-maple-language
14527 @cindex Maple language
14528 The @kbd{d W} (@code{calc-maple-language}) command selects the
14529 conventions of Maple, another mathematical tool from the University
14530 of Waterloo.  
14531
14532 Maple's language is much like C.  Underscores are allowed in symbol
14533 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14534 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14535 denote powers.
14536
14537 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14538 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14539 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14540 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14541 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14542 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14543
14544 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14545 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]}, and
14546 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot
14547 see the difference between an open and a closed interval while in
14548 Maple display mode.
14549
14550 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14551 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14552 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14553 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14554
14555 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14556 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14557 inert (@samp{&}) operators.
14558
14559 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14560 @subsection Compositions
14561
14562 @noindent
14563 @cindex Compositions
14564 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14565 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14566 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14567 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14568 are recognized by Calc's display formatting routines.
14569
14570 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14571 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14572 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14573 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14574 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14575 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14576 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14577 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14578
14579 The composition functions do the same thing in all language modes
14580 (although their components will of course be formatted in the current
14581 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14582 which does not give the composition functions any special treatment.
14583 The functions are discussed here because of their relationship to
14584 the language modes.
14585
14586 @menu
14587 * Composition Basics::
14588 * Horizontal Compositions::
14589 * Vertical Compositions::
14590 * Other Compositions::
14591 * Information about Compositions::
14592 * User-Defined Compositions::
14593 @end menu
14594
14595 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14596 @subsubsection Composition Basics
14597
14598 @noindent
14599 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14600 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14601 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14602 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14603 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14604 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14605 For example, in the Big mode formula
14606
14607 @group
14608 @example
14609           2
14610      a + b
14611 17 + ------
14612        c
14613 @end example
14614 @end group
14615
14616 @noindent
14617 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14618 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14619 is placed on the same level as the baseline of 17.
14620
14621 @tex
14622 \bigskip
14623 @end tex
14624
14625 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14626 an integer that represents the binding strength of various operators.
14627 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14628 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14629 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14630
14631 The operator table used by normal and Big language modes has the
14632 following precedences:
14633
14634 @example
14635 _     1200   @r{(subscripts)}
14636 %     1100   @r{(as in n}%@r{)}
14637 -     1000   @r{(as in }-@r{n)}
14638 !     1000   @r{(as in }!@r{n)}
14639 mod    400
14640 +/-    300
14641 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14642 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14643 ^      200
14644 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14645 / % \  190
14646 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14647 |      170
14648 < =    160    @r{(and other relations)}
14649 &&     110
14650 ||     100
14651 ? :     90
14652 !!!     85
14653 &&&     80
14654 |||     75
14655 :=      50
14656 ::      45
14657 =>      40
14658 @end example
14659
14660 The general rule is that if an operator with precedence @cite{n}
14661 occurs as an argument to an operator with precedence @cite{m}, then
14662 the argument is enclosed in parentheses if @cite{n < m}.  Top-level
14663 expressions and expressions which are function arguments, vector
14664 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14665 normally never get additional parentheses).
14666
14667 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14668 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14669 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14670 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14671 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14672 with one-higher precedence.
14673
14674 @c @starindex
14675 @tindex cprec
14676 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
14677 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
14678 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
14679 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
14680 precedence than multiplication).
14681
14682 @tex
14683 \bigskip
14684 @end tex
14685
14686 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
14687 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
14688 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
14689 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
14690 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
14691 exactly as specified.  If they come out wider than the current
14692 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
14693 view them.
14694
14695 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
14696 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
14697 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
14698 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
14699 move down to the next line starting at the first break point that
14700 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
14701 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
14702 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
14703 For example, a vector of sums might be formatted as:
14704
14705 @group
14706 @example
14707 [ a + b + c, d + e + f,
14708   g + h + i, j + k + l, m ]
14709 @end example
14710 @end group
14711
14712 @noindent
14713 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
14714 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
14715 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
14716 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
14717 itself been too large to fit.
14718
14719 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
14720 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
14721 also generates breakable items:  A break point is added after every
14722 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
14723 end of the string.
14724
14725 Composition functions themselves count as levels in the formula
14726 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
14727 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
14728 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
14729 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
14730 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
14731 will be on the same level as the break points of the surrounding
14732 object.
14733
14734 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
14735 @subsubsection Horizontal Compositions
14736
14737 @noindent
14738 @c @starindex
14739 @tindex choriz
14740 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
14741 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
14742 as @w{@samp{17a b / cd}} in normal language mode, or as
14743
14744 @group
14745 @example
14746   a b
14747 17---d
14748    c
14749 @end example
14750 @end group
14751
14752 @noindent
14753 in Big language mode.  This is actually one case of the general
14754 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
14755 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
14756 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
14757 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
14758 the precedence from the surrounding environment.
14759
14760 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
14761 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
14762 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
14763 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
14764 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
14765 (unless any of its component compositions are breakable).
14766
14767 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
14768 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
14769 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
14770 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
14771 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
14772
14773 The baseline of a horizontal composition is the same as the
14774 baselines of the component compositions, which are all aligned.
14775
14776 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
14777 @subsubsection Vertical Compositions
14778
14779 @noindent
14780 @c @starindex
14781 @tindex cvert
14782 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
14783 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
14784 the result is by default the top line of the resulting composition.
14785 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
14786 formats in Big mode as
14787
14788 @group
14789 @example
14790 f( a ,  2    )
14791   bb   a  + 1
14792   ccc     2
14793          b
14794 @end example
14795 @end group
14796
14797 @c @starindex
14798 @tindex cbase
14799 There are several special composition functions that work only as
14800 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
14801 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
14802 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
14803 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
14804 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
14805
14806 @group
14807 @example
14808         2
14809        a  + 1
14810    a      2
14811 f(bb ,   b   )
14812   ccc
14813 @end example
14814 @end group
14815
14816 @c @starindex
14817 @tindex ctbase
14818 @c @starindex
14819 @tindex cbbase
14820 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
14821 make the baseline of the vertical composition equal to the top
14822 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
14823 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
14824 cvert([cbbase(a / b)])} gives
14825
14826 @group
14827 @example
14828         a
14829 a       -
14830 - + a + b
14831 b   -
14832     b
14833 @end example
14834 @end group
14835
14836 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
14837 function in a given vertical composition.  These functions can also
14838 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
14839 which means the baseline is the top line of the following item, and
14840 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
14841 item.
14842
14843 @c @starindex
14844 @tindex crule
14845 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
14846 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
14847 characters to build the rule.  You can specify any other character,
14848 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
14849 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
14850 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
14851 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
14852
14853 @group
14854 @example
14855 a + 1
14856 =====
14857   2
14858  b
14859 @end example
14860 @end group
14861
14862 @c @starindex
14863 @tindex clvert
14864 @c @starindex
14865 @tindex crvert
14866 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
14867 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
14868 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
14869 gives:
14870
14871 @group
14872 @example
14873 a   +   a
14874 bb     bb
14875 ccc   ccc
14876 @end example
14877 @end group
14878
14879 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
14880 which gives the precedence to use when formatting the components.
14881 Vertical compositions do not support separator strings.
14882
14883 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
14884 @subsubsection Other Compositions
14885
14886 @noindent
14887 @c @starindex
14888 @tindex csup
14889 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
14890 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
14891 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
14892 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
14893 bottom line is one above the baseline.
14894
14895 @c @starindex
14896 @tindex csub
14897 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
14898 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
14899 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
14900 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
14901 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
14902
14903 @c @starindex
14904 @tindex cflat
14905 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
14906 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
14907 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
14908 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
14909 to improve its readability.
14910
14911 @c @starindex
14912 @tindex cspace
14913 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
14914 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
14915 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
14916 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
14917 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
14918 it is formatted in the normal way and then several copies of that
14919 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
14920
14921 @group
14922 @example
14923  2 2 2 2
14924 a a a a
14925 @end example
14926 @end group
14927
14928 @noindent
14929 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
14930
14931 @c @starindex
14932 @tindex cvspace
14933 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
14934 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
14935 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
14936 argument of zero will produce an object which contributes zero
14937 height if used in a vertical composition.
14938
14939 @c @starindex
14940 @tindex ctspace
14941 @c @starindex
14942 @tindex cbspace
14943 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
14944 create vertical space with the baseline the same as the baseline
14945 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
14946 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
14947 displays as:
14948
14949 @group
14950 @example
14951         a
14952         -
14953 a       b
14954 -   a   a
14955 b + - + -
14956 a   b   b
14957 -   a
14958 b   -
14959     b
14960 @end example
14961 @end group
14962
14963 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
14964 @subsubsection Information about Compositions
14965
14966 @noindent
14967 The functions in this section are actual functions; they compose their
14968 arguments according to the current language and other display modes,
14969 then return a certain measurement of the composition as an integer.
14970
14971 @c @starindex
14972 @tindex cwidth
14973 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
14974 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
14975 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
14976 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
14977 the composition functions described in this section.
14978
14979 @c @starindex
14980 @tindex cheight
14981 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
14982 This is the total number of lines in the argument's printed form.
14983
14984 @c @starindex
14985 @tindex cascent
14986 @c @starindex
14987 @tindex cdescent
14988 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
14989 of the height that is above (and including) the baseline, or below
14990 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
14991 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
14992 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
14993 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
14994 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
14995 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
14996
14997 @node User-Defined Compositions, , Information about Compositions, Compositions
14998 @subsubsection User-Defined Compositions
14999
15000 @noindent
15001 @kindex Z C
15002 @pindex calc-user-define-composition
15003 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
15004 define the display format for any algebraic function.  You provide a
15005 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
15006 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
15007 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
15008 replaces the function call with that formula with the arguments
15009 replaced.
15010
15011 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
15012 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
15013 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
15014 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
15015 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
15016 affect the display at all.
15017
15018 You can define formats for built-in functions, for functions you have
15019 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
15020 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
15021 You can define different formats for each language mode, and for each
15022 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
15023 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15024 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15025 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15026 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15027 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15028
15029 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15030 formula, any defined formats for the function in the current language
15031 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15032
15033 For example, the default format for the binomial coefficient function
15034 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15035
15036 @group
15037 @example
15038  n
15039 ( )
15040  m
15041 @end example
15042 @end group
15043
15044 @noindent
15045 You might prefer the notation,
15046
15047 @group
15048 @example
15049  C
15050 n m
15051 @end example
15052 @end group
15053
15054 @noindent
15055 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15056 then put the formula
15057
15058 @smallexample
15059 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15060 @end smallexample
15061
15062 @noindent
15063 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15064 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15065 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15066 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15067 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15068 as an algebraic entry.
15069
15070 @group
15071 @example
15072  C  +  C 
15073 a b   7 3
15074 @end example
15075 @end group
15076
15077 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15078 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15079 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15080 instead of parentheses.
15081
15082 @smallexample
15083 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15084 @end smallexample
15085
15086 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15087 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15088
15089 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15090 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15091 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15092 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15093 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15094 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15095 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15096 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15097 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15098 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15099 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15100 it can easily be confused with a real sum.)
15101
15102 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15103 composition formula to cause all or part of the formula to be
15104 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15105 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15106 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15107 regardless of the current simplification mode.  There are also
15108 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15109 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15110 operate only in the context of composition formulas (and also in
15111 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15112 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15113 symbolic form.
15114
15115 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15116 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15117 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15118 there are several situations where it could be slow.  For example,
15119 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15120 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15121 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15122 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15123 produce a large, unwieldy integer.
15124
15125 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15126 command (@pxref{Creating User Keys}).
15127
15128 @node Syntax Tables, , Compositions, Language Modes
15129 @subsection Syntax Tables
15130
15131 @noindent
15132 @cindex Syntax tables
15133 @cindex Parsing formulas, customized
15134 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15135 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15136 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15137
15138 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15139 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15140
15141 @kindex Z S
15142 @pindex calc-edit-user-syntax
15143 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15144 syntax table for the current language mode.  If you want your
15145 syntax to work in any language, define it in the normal language
15146 mode.  Type @kbd{M-# M-#} to finish editing the syntax table, or
15147 @kbd{M-# x} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15148 the syntax tables along with the other mode settings;
15149 @pxref{General Mode Commands}.
15150
15151 @menu
15152 * Syntax Table Basics::
15153 * Precedence in Syntax Tables::
15154 * Advanced Syntax Patterns::
15155 * Conditional Syntax Rules::
15156 @end menu
15157
15158 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15159 @subsubsection Syntax Table Basics
15160
15161 @noindent
15162 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15163 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15164 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15165 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15166 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15167 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15168 the parser matches this string of tokens against various built-in
15169 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15170 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15171 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15172
15173 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15174 which allow you to specify new patterns to define your own
15175 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15176 table for the current language mode, then the table for the normal
15177 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15178 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15179 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15180 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15181 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15182 completely different.)
15183
15184 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15185 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15186 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15187
15188 @example
15189 foo ( ) := 2+3
15190 @end example
15191
15192 @noindent
15193 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15194 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15195 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15196 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15197 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15198 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15199 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15200 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15201 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15202 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15203 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15204 calls would no longer recognize it!
15205
15206 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15207 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15208 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15209
15210 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15211 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15212 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15213 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15214 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15215 and postfix operator, respectively:
15216
15217 @example
15218 foo ( # ) := myfunc(#1)
15219 foo # := myprefix(#1)
15220 # foo # := myinfix(#1,#2)
15221 # foo := mypostfix(#1)
15222 @end example
15223
15224 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15225 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15226
15227 It is important to write the first two rules in the order shown,
15228 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15229 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15230 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15231 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15232 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15233 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15234 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15235 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15236 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15237 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15238 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15239
15240 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15241 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15242 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15243 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15244 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15245 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15246 expressions with nothing between them will be parsed as one
15247 expression that uses implicit multiplication.
15248
15249 As a more practical example, Maple uses the notation
15250 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15251 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15252 rule,
15253
15254 @example
15255 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15256 @end example
15257
15258 @noindent
15259 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15260 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15261 define these operators quite easily:
15262
15263 @example
15264 # *= # := muleq(#1,#2)
15265 # ++ := postinc(#1)
15266 ++ # := preinc(#1)
15267 @end example
15268
15269 @noindent
15270 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15271 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15272 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15273 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15274
15275 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15276 interpretation in syntax patterns:
15277
15278 @example
15279 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15280 @end example
15281
15282 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15283 again it is generally better to use two tokens than one token with
15284 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15285 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15286 backslashes in tokens.)
15287
15288 @example
15289 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15290 @end example
15291
15292 @noindent
15293 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15294
15295 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15296 it is not legal to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15297 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15298 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15299 the syntax table will prevent those characters from working in their
15300 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15301 respectively).
15302
15303 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15304 the rest of the line to be ignored as a comment.
15305
15306 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15307 @subsubsection Precedence
15308
15309 @noindent
15310 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15311 By default, an operator defined by a rule like
15312
15313 @example
15314 # foo # := foo(#1,#2)
15315 @end example
15316
15317 @noindent
15318 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15319 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15320 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15321 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15322 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15323 @samp{*}, so if we change this rule to
15324
15325 @example
15326 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15327 @end example
15328
15329 @noindent
15330 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15331 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15332 precedence, our new operator will be left-associative:
15333 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15334 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15335 can create a right-associative operator.
15336
15337 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15338 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15339 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15340
15341 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15342 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15343
15344 @noindent
15345 To match a function with a variable number of arguments, you could
15346 write
15347
15348 @example
15349 foo ( # ) := myfunc(#1)
15350 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15351 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15352 @end example
15353
15354 @noindent
15355 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15356 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15357 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15358
15359 @example
15360 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15361 @end example
15362
15363 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15364 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15365 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15366 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15367 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15368 separator token (with no space in between, as shown above).
15369 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15370 several expressions separated by commas.
15371
15372 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15373 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15374 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15375 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15376 of arguments and builds a call to the function with those
15377 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15378
15379 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15380 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15381 strung together into the resulting vector.  If the body
15382 does not contain anything but literal tokens, the result will
15383 always be an empty vector.
15384
15385 @example
15386 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15387 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15388 @end example
15389
15390 @noindent
15391 will parse @samp{foo(1,2,3,4)} as @samp{bar([1,2,3,4])}, and
15392 @samp{foo(1,2;3,4)} as @samp{matrix([[1,2],[3,4]])}.  Also, after
15393 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15394 @samp{foo(1,2,3)} as @samp{matrix([[1,2,3]])}, since the first
15395 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15396
15397 @example
15398 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15399 @end example
15400
15401 @noindent
15402 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15403 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15404
15405 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15406 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15407 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15408
15409 @example
15410 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15411 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15412 @end example
15413
15414 @noindent
15415 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15416 which will always be an empty vector, but in the second case no
15417 empty vector is produced.
15418
15419 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15420 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15421 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15422 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 RET}, omitting
15423 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15424 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15425 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15426 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15427 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15428 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15429 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15430 as optional.
15431
15432 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15433 patterns will not work as you might expect:
15434
15435 @example
15436 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15437 @end example
15438
15439 @noindent
15440 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15441 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15442 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15443 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15444 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15445 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15446 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15447
15448 @example
15449 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15450 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15451 @end example
15452
15453 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15454 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15455 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15456 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15457 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15458 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15459 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15460
15461 @node Conditional Syntax Rules, , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15462 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15463
15464 @noindent
15465 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15466 example, the rules
15467
15468 @example
15469 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15470 foo ( # ) := gfoo(#1)
15471 @end example
15472
15473 @noindent
15474 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15475 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15476 number of conditions may be attached; all must be true for the
15477 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15478 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15479 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15480
15481 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15482 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15483 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15484 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15485 as if by the @w{@kbd{a s}} algebra command (@pxref{Simplifying Formulas}).
15486 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15487 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15488 results of all conditions are true, the expression (such as
15489 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15490 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15491 goes on to try the next rule in the syntax table.
15492
15493 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15494 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15495 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15496 condition is always true, but as a side effect it defines a
15497 variable which can be used in later conditions, and also in the
15498 expression after the @samp{:=} sign:
15499
15500 @example
15501 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15502 @end example
15503
15504 @noindent
15505 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15506 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15507 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15508 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15509
15510 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15511 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15512 rules.
15513
15514 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15515 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15516 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15517 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15518 conditions and in the result expression.  The arguments to
15519 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15520
15521 @example
15522 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15523 @end example
15524
15525 @noindent
15526 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15527 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15528 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15529 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15530 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15531 normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15532 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15533 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15534
15535 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15536 @section The @code{Modes} Variable
15537
15538 @noindent
15539 @kindex m g
15540 @pindex calc-get-modes
15541 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15542 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15543 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15544 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15545 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15546 on the current mode settings.
15547
15548 @cindex @code{Modes} variable
15549 @vindex Modes
15550 The modes vector is also available in the special variable
15551 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes RET}.
15552 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15553 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15554 command will continue to work, however.)
15555
15556 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15557 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15558 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15559 a numeric prefix to the next command.)
15560
15561 The elements of the modes vector are as follows:
15562
15563 @enumerate
15564 @item
15565 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15566
15567 @item
15568 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15569
15570 @item
15571 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15572 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15573
15574 @item
15575 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15576
15577 @item
15578 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15579 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15580 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15581 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15582 command, but note that this may lose information:  For example,
15583 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15584 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15585 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15586 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15587 will still be frozen at 12 significant figures.
15588
15589 @item
15590 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15591 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15592
15593 @item
15594 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15595
15596 @item 
15597 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15598
15599 @item
15600 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15601 Command is @kbd{m p}.
15602
15603 @item
15604 Matrix/scalar mode.  Default value is @i{-1}.  Value is 0 for scalar
15605 mode, @i{-2} for matrix mode, or @i{N} for @c{$N\times N$}
15606 @i{NxN} matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15607
15608 @item
15609 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @i{-1} for off (@kbd{m O}),
15610 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15611 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15612
15613 @item
15614 Infinite mode.  Default is @i{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15615 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15616 @end enumerate
15617
15618 For example, the sequence @kbd{M-1 m g RET 2 + ~ p} increases the
15619 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15620 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15621 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15622 keyboard macro.)
15623
15624 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ DEL} deletes all but the
15625 oldest (bottommost) stack entry.
15626
15627 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15628 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15629 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
15630 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
15631 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
15632 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
15633
15634 @node Calc Mode Line, , Modes Variable, Mode Settings
15635 @section The Calc Mode Line
15636
15637 @noindent
15638 @cindex Mode line indicators
15639 This section is a summary of all symbols that can appear on the
15640 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
15641 stack window (or under an editing window in Embedded Mode).
15642
15643 The basic mode line format is:
15644
15645 @example
15646 --%%-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
15647 @end example
15648
15649 The @samp{%%} is the Emacs symbol for ``read-only''; it shows that
15650 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
15651 as if it were text.
15652
15653 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded Mode
15654 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
15655 that are in effect.
15656
15657 The first mode is always the current precision, an integer.
15658 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
15659 @code{Rad}, or @code{Hms}.
15660
15661 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
15662 on the mode line:
15663
15664 @table @code
15665 @item Alg
15666 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
15667
15668 @item Alg[(
15669 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
15670
15671 @item Alg*
15672 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
15673
15674 @item Symb
15675 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
15676
15677 @item Matrix
15678 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15679
15680 @item Matrix@var{n}
15681 Dimensioned matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}).
15682
15683 @item Scalar
15684 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15685
15686 @item Polar
15687 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
15688
15689 @item Frac
15690 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
15691
15692 @item Inf
15693 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
15694
15695 @item +Inf
15696 Positive infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
15697
15698 @item NoSimp
15699 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
15700
15701 @item NumSimp
15702 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
15703
15704 @item BinSimp@var{w}
15705 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
15706
15707 @item AlgSimp
15708 Algebraic simplification mode (@kbd{m A}).
15709
15710 @item ExtSimp
15711 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
15712
15713 @item UnitSimp
15714 Units simplification mode (@kbd{m U}).
15715
15716 @item Bin
15717 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
15718
15719 @item Oct
15720 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
15721
15722 @item Hex
15723 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
15724
15725 @item Radix@var{n}
15726 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
15727
15728 @item Zero
15729 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
15730
15731 @item Big
15732 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
15733
15734 @item Flat
15735 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
15736
15737 @item Unform
15738 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
15739
15740 @item C
15741 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
15742
15743 @item Pascal
15744 Pascal language mode (@kbd{d P}).
15745
15746 @item Fortran
15747 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
15748
15749 @item TeX
15750 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX Language Mode}).
15751
15752 @item Eqn
15753 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
15754
15755 @item Math
15756 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
15757
15758 @item Maple
15759 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
15760
15761 @item Norm@var{n}
15762 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
15763
15764 @item Fix@var{n}
15765 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
15766
15767 @item Sci
15768 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
15769
15770 @item Sci@var{n}
15771 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
15772
15773 @item Eng
15774 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
15775
15776 @item Eng@var{n}
15777 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
15778
15779 @item Left@var{n}
15780 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
15781
15782 @item Right
15783 Right-justified display (@kbd{d >}).
15784
15785 @item Right@var{n}
15786 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
15787
15788 @item Center
15789 Centered display (@kbd{d =}).
15790
15791 @item Center@var{n}
15792 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
15793
15794 @item Wid@var{n}
15795 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
15796
15797 @item Wide
15798 No line breaking (@kbd{d b}).
15799
15800 @item Break
15801 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
15802
15803 @item Save
15804 Record modes in @file{~/.emacs} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
15805
15806 @item Local
15807 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15808
15809 @item LocEdit
15810 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15811
15812 @item LocPerm
15813 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15814
15815 @item Global
15816 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15817
15818 @item Manual
15819 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
15820 Recomputation}).
15821
15822 @item Graph
15823 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
15824
15825 @item Sel
15826 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
15827
15828 @item Dirty
15829 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
15830
15831 @item Inv
15832 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
15833
15834 @item Hyp
15835 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
15836
15837 @item Keep
15838 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
15839
15840 @item Narrow
15841 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
15842 @end table
15843
15844 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
15845 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
15846
15847 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
15848 @chapter Arithmetic Functions
15849
15850 @noindent
15851 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
15852 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
15853 commands work by removing the top one or two values from the stack,
15854 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
15855 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
15856 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
15857 is illegal) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
15858
15859 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
15860 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
15861 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
15862
15863 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
15864 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
15865 interpret a prefix argument.
15866
15867 @menu
15868 * Basic Arithmetic::
15869 * Integer Truncation::
15870 * Complex Number Functions::
15871 * Conversions::
15872 * Date Arithmetic::
15873 * Financial Functions::
15874 * Binary Functions::
15875 @end menu
15876
15877 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
15878 @section Basic Arithmetic
15879
15880 @noindent
15881 @kindex +
15882 @pindex calc-plus
15883 @c @mindex @null
15884 @tindex +
15885 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
15886 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
15887 onto the stack.
15888
15889 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
15890 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
15891 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
15892 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
15893 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
15894 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
15895 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
15896 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
15897 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
15898 to every element of a vector.
15899
15900 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
15901 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
15902 the current Polar Mode determines the form of the result.  If Symbolic
15903 Mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
15904 conversions for polar addition are non-trivial.
15905
15906 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
15907 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
15908 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
15909 degrees or radians (depending on the current Angular Mode) to HMS format
15910 and then the two HMS forms are added.
15911
15912 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
15913 real number, which advances the date by a certain number of days, or
15914 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
15915 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
15916 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
15917 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
15918 negative of a date form can be understood by remembering that dates
15919 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
15920
15921 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
15922 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
15923 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
15924 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
15925 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
15926 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
15927 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
15928 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
15929
15930 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @cite{M},
15931 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
15932 result is a modulo form which represents the sum, modulo @cite{M}, of
15933 the two values.
15934
15935 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
15936 which describes all possible sums of the possible input values.  If
15937 one argument is a plain number, it is treated as the interval
15938 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
15939
15940 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
15941 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
15942 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
15943 infinite in different directions the result is @code{nan}.
15944
15945 @kindex -
15946 @pindex calc-minus
15947 @c @mindex @null
15948 @tindex -
15949 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
15950 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
15951 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @i{-3}.  All options
15952 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
15953
15954 @kindex *
15955 @pindex calc-times
15956 @c @mindex @null
15957 @tindex *
15958 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
15959 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
15960 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
15961 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
15962 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
15963 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
15964 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
15965 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
15966 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
15967
15968 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
15969 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
15970 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
15971 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
15972 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
15973 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
15974 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
15975 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
15976
15977 @kindex /
15978 @pindex calc-divide
15979 @c @mindex @null
15980 @tindex /
15981 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.  When
15982 dividing a scalar @cite{B} by a square matrix @cite{A}, the computation
15983 performed is @cite{B} times the inverse of @cite{A}.  This also occurs
15984 if @cite{B} is itself a vector or matrix, in which case the effect is
15985 to solve the set of linear equations represented by @cite{B}.  If @cite{B}
15986 is a matrix with the same number of rows as @cite{A}, or a plain vector
15987 (which is interpreted here as a column vector), then the equation
15988 @cite{A X = B} is solved for the vector or matrix @cite{X}.  Otherwise,
15989 if @cite{B} is a non-square matrix with the same number of @emph{columns}
15990 as @cite{A}, the equation @cite{X A = B} is solved.  If you wish a vector
15991 @cite{B} to be interpreted as a row vector to be solved as @cite{X A = B},
15992 make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1 v p} first.  To force a
15993 left-handed solution with a square matrix @cite{B}, transpose @cite{A} and
15994 @cite{B} before dividing, then transpose the result.
15995
15996 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
15997 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
15998 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
15999 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
16000 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
16001 interval.
16002
16003 @kindex ^
16004 @pindex calc-power
16005 @c @mindex @null
16006 @tindex ^
16007 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
16008 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
16009 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
16010 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
16011 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
16012 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16013
16014 @kindex I ^
16015 @tindex nroot
16016 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16017 computes an Nth root:  @kbd{125 RET 3 I ^} computes the number 5.
16018 (This is entirely equivalent to @kbd{125 RET 1:3 ^}.)
16019
16020 @kindex \
16021 @pindex calc-idiv
16022 @tindex idiv
16023 @c @mindex @null
16024 @tindex \
16025 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16026 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16027 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16028 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16029 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16030 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16031
16032 @kindex %
16033 @pindex calc-mod
16034 @c @mindex @null
16035 @tindex %
16036 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16037 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16038 for all real numbers @cite{a} and @cite{b} (except @cite{b=0}).  For
16039 positive @cite{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16040 @cite{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16041 If @cite{a} is a modulo form, its modulo is changed to @cite{b}, which
16042 must be positive real number.
16043
16044 @kindex :
16045 @pindex calc-fdiv
16046 @tindex fdiv
16047 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) command [@code{fdiv} function in a formula]
16048 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16049 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction Mode (with
16050 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16051 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16052 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16053 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16054 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16055
16056 @kindex n
16057 @pindex calc-change-sign
16058 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16059 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16060 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16061
16062 @kindex A
16063 @pindex calc-abs
16064 @tindex abs
16065 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16066 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16067 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16068 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16069 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16070 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16071 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16072 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16073 an interval is defined in the obvious way.
16074
16075 @kindex f A
16076 @pindex calc-abssqr
16077 @tindex abssqr
16078 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16079 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16080
16081 @kindex f s
16082 @pindex calc-sign
16083 @tindex sign
16084 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16085 argument is positive, @i{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16086 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16087 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16088 zero depending on the sign of @samp{a}.
16089
16090 @kindex &
16091 @pindex calc-inv
16092 @tindex inv
16093 @cindex Reciprocal
16094 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16095 reciprocal of a number, i.e., @cite{1 / x}.  Operating on a square
16096 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16097
16098 @kindex Q
16099 @pindex calc-sqrt
16100 @tindex sqrt
16101 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16102 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16103 complex number whose form is determined by the current Polar Mode.
16104
16105 @kindex f h
16106 @pindex calc-hypot
16107 @tindex hypot
16108 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16109 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16110 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @cite{a}
16111 and @cite{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16112 magnitudes are used.
16113
16114 @kindex f Q
16115 @pindex calc-isqrt
16116 @tindex isqrt
16117 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16118 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16119 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16120 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16121 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16122 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16123 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16124
16125 @kindex f n
16126 @kindex f x
16127 @pindex calc-min
16128 @tindex min
16129 @pindex calc-max
16130 @tindex max
16131 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16132 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16133 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16134 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16135 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16136 all the arguments.)@refill
16137
16138 @kindex f M
16139 @kindex f X
16140 @pindex calc-mant-part
16141 @tindex mant
16142 @pindex calc-xpon-part
16143 @tindex xpon
16144 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16145 the ``mantissa'' part @cite{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16146 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16147 @cite{e}.  The original number is equal to @c{$m \times 10^e$}
16148 @cite{m * 10^e},
16149 where @cite{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16150 @cite{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16151 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16152 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16153 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16154 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16155 a multiple of ten (again except for the @cite{m=e=0} case).@refill
16156
16157 @kindex f S
16158 @pindex calc-scale-float
16159 @tindex scf
16160 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16161 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16162 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16163 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16164 or @samp{1:20} depending on the current Fraction Mode.@refill
16165
16166 @kindex f [
16167 @kindex f ]
16168 @pindex calc-decrement
16169 @pindex calc-increment
16170 @tindex decr
16171 @tindex incr
16172 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16173 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16174 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16175 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16176 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16177 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16178 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16179 @samp{0.0} produces @c{$10^{-p}$}
16180 @cite{10^-p}, where @cite{p} is the current
16181 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16182 With numeric prefix arguments, they change the number by @cite{n} units.
16183
16184 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16185 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16186 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16187 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16188 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16189 way floating-point numbers work.
16190
16191 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16192 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16193
16194 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16195 @section Integer Truncation
16196
16197 @noindent
16198 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16199 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16200 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16201 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16202 to integer form.
16203
16204 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16205 expressed as an integer-valued floating-point number.
16206
16207 @cindex Integer part of a number
16208 @kindex F
16209 @pindex calc-floor
16210 @tindex floor
16211 @tindex ffloor
16212 @c @mindex @null
16213 @kindex H F
16214 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16215 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16216 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16217 @i{-4}.@refill
16218
16219 @kindex I F
16220 @pindex calc-ceiling
16221 @tindex ceil
16222 @tindex fceil
16223 @c @mindex @null
16224 @kindex H I F
16225 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16226 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16227 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @i{-3}.@refill
16228
16229 @kindex R
16230 @pindex calc-round
16231 @tindex round
16232 @tindex fround
16233 @c @mindex @null
16234 @kindex H R
16235 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16236 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16237 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16238 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16239 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @i{-4}.@refill
16240
16241 @kindex I R
16242 @pindex calc-trunc
16243 @tindex trunc
16244 @tindex ftrunc
16245 @c @mindex @null
16246 @kindex H I R
16247 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16248 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16249 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16250 @kbd{_3.6 I R} produces @i{-3}.@refill
16251
16252 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16253 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16254 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16255 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16256 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16257 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16258
16259 @c @starindex
16260 @tindex rounde
16261 @c @starindex
16262 @tindex roundu
16263 @c @starindex
16264 @tindex frounde
16265 @c @starindex
16266 @tindex froundu
16267 There are two more rounding functions which can only be entered in
16268 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16269 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16270 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16271 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16272 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16273 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16274 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16275 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16276 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16277 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16278 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16279 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16280 argument will first have been rounded down to @cite{2.5} (which
16281 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16282
16283 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16284 a second argument which specifies the number of digits after the
16285 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16286 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16287 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16288 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16289 no second argument at all.
16290
16291 @cindex Fractional part of a number
16292 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16293 added to `@t{floor(}@i{N}@t{)}', will produce @cite{N}) just take @cite{N}
16294 modulo 1 using the @code{%} command.@refill
16295
16296 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16297 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16298 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16299 arguments and return the result rounded down to an integer.
16300
16301 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16302 @section Complex Number Functions
16303
16304 @noindent
16305 @kindex J
16306 @pindex calc-conj
16307 @tindex conj
16308 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16309 complex conjugate of a number.  For complex number @cite{a+bi}, the
16310 complex conjugate is @cite{a-bi}.  If the argument is a real number,
16311 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16312 this command replaces each element by its complex conjugate.
16313
16314 @kindex G
16315 @pindex calc-argument
16316 @tindex arg
16317 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16318 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16319 notation, this is simply the second component of the pair
16320 `@t{(}@i{r}@t{;}@c{$\theta$}
16321 @i{theta}@t{)}'.
16322 The result is expressed according to the current angular mode and will
16323 be in the range @i{-180} degrees (exclusive) to @i{+180} degrees
16324 (inclusive), or the equivalent range in radians.@refill
16325
16326 @pindex calc-imaginary
16327 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16328 top of the stack by the imaginary number @cite{i = (0,1)}.  This
16329 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16330 on the @key{IMAG} button in Keypad Mode.
16331
16332 @kindex f r
16333 @pindex calc-re
16334 @tindex re
16335 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16336 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16337 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16338 the value part.)@refill
16339
16340 @kindex f i
16341 @pindex calc-im
16342 @tindex im
16343 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16344 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16345 or matrix argument, these functions operate element-wise.@refill
16346
16347 @c @mindex v p
16348 @kindex v p (complex)
16349 @pindex calc-pack
16350 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16351 the stack into a composite object such as a complex number.  With a
16352 prefix argument of @i{-1}, it produces a rectangular complex number;
16353 with an argument of @i{-2}, it produces a polar complex number.
16354 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16355
16356 @c @mindex v u
16357 @kindex v u (complex)
16358 @pindex calc-unpack
16359 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16360 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16361 into its separate components.
16362
16363 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16364 @section Conversions
16365
16366 @noindent
16367 The commands described in this section convert numbers from one form
16368 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16369
16370 @kindex c f
16371 @pindex calc-float
16372 @tindex pfloat
16373 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16374 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16375 @cite{23} is converted to @cite{23.0}, @cite{3:2} is converted to
16376 @cite{1.5}, and @cite{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16377 object such as a complex number or vector, each of the components is
16378 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16379 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16380 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16381 format may lose information.@refill
16382
16383 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16384 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16385 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16386 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16387 it does not notice that the thing being floated is a power.
16388 @xref{Selecting Subformulas}.
16389
16390 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16391 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16392 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16393 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16394
16395 @kindex H c f
16396 @tindex float
16397 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16398 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16399 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16400 is left unevaluated because its argument is not a number.
16401
16402 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16403 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16404 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16405 that appear right now.
16406
16407 @kindex c F
16408 @pindex calc-fraction
16409 @tindex pfrac
16410 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16411 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16412 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16413 input number, to within the current precision.  You can also give a
16414 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16415 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16416 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16417 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16418 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16419 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16420 fraction is correct to within that absolute amount.
16421
16422 @kindex H c F
16423 @tindex frac
16424 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16425 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16426 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16427
16428 @kindex c d
16429 @pindex calc-to-degrees
16430 @tindex deg
16431 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16432 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16433 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16434 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.@refill
16435
16436 @kindex c r
16437 @pindex calc-to-radians
16438 @tindex rad
16439 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16440 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16441
16442 @kindex c h
16443 @pindex calc-to-hms
16444 @tindex hms
16445 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16446 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16447 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16448 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16449 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16450
16451 @pindex calc-from-hms
16452 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16453 stack into a real number according to the current angular mode.
16454
16455 @kindex c p
16456 @kindex I c p
16457 @pindex calc-polar
16458 @tindex polar
16459 @tindex rect
16460 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16461 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16462 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16463 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16464 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16465 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16466 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16467 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)@refill
16468
16469 @kindex c c
16470 @pindex calc-clean
16471 @tindex pclean
16472 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16473 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16474 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16475 components have strayed from the @i{-180} to @i{+180} degree range
16476 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16477 angular mode is different from the one under which the number was
16478 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16479 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16480 number (i.e., pervasively).@refill
16481
16482 If the simplification mode is set below the default level, it is raised
16483 to the default level for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c}
16484 applies the default simplifications even if their automatic application
16485 is disabled.  @xref{Simplification Modes}.
16486
16487 @cindex Roundoff errors, correcting
16488 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16489 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16490 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16491 prefix decreases the precision by the specified amount.
16492
16493 @kindex c 0-9
16494 @pindex calc-clean-num
16495 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16496 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16497 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16498 decimal place often conveniently does the trick.
16499
16500 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16501 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16502 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16503 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16504 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16505 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16506 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16507
16508 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16509 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16510 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16511 does not clip small numbers.)
16512
16513 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16514 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16515 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16516 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16517 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16518 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16519
16520 @kindex H c 0-9
16521 @kindex H c c
16522 @tindex clean
16523 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16524 operate non-pervasively [@code{clean}].
16525
16526 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16527 @section Date Arithmetic
16528
16529 @noindent
16530 @cindex Date arithmetic, additional functions
16531 The commands described in this section perform various conversions
16532 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16533 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16534 letters.
16535
16536 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16537 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16538 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16539 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16540 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16541 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16542
16543 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16544 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16545 additional argument from the top of the stack.
16546
16547 @menu
16548 * Date Conversions::
16549 * Date Functions::
16550 * Time Zones::
16551 * Business Days::
16552 @end menu
16553
16554 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16555 @subsection Date Conversions
16556
16557 @noindent
16558 @kindex t D
16559 @pindex calc-date
16560 @tindex date
16561 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16562 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD.  The
16563 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16564 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16565 argument is a number, it converts this number into a date form.
16566
16567 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16568 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16569 of the following ways:
16570
16571 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16572 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16573 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16574 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16575 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16576 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16577 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16578 month will be used.
16579
16580 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16581 pure date form using the current year, as determined by the
16582 real-time clock.
16583
16584 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16585 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
16586
16587 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
16588 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
16589 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
16590 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
16591 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
16592 The last two arguments default to zero if omitted.
16593
16594 @kindex t J
16595 @pindex calc-julian
16596 @tindex julian
16597 @cindex Julian day counts, conversions
16598 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
16599 a date form into a Julian day count, which is the number of days
16600 since noon on Jan 1, 4713 BC.  A pure date is converted to an integer
16601 Julian count representing noon of that day.  A date/time form is
16602 converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
16603 interpret the date form in the current time zone but the Julian
16604 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
16605 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
16606 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
16607 are never time-zone adjusted.
16608
16609 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
16610 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
16611 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
16612 current or specified time zone.
16613
16614 @kindex t U
16615 @pindex calc-unix-time
16616 @tindex unixtime
16617 @cindex Unix time format, conversions
16618 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
16619 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
16620 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
16621 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
16622 precisions, the result may be a float with (@var{precision}@i{-}12)
16623 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
16624 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
16625 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
16626 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
16627 suppress the adjustment if so.
16628
16629 @kindex t C
16630 @pindex calc-convert-time-zones
16631 @tindex tzconv
16632 @cindex Time Zones, converting between
16633 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
16634 command converts a date form from one time zone to another.  You
16635 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
16636 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
16637 If you answer either prompt with a blank line, the local time
16638 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
16639 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
16640 stack (and the date to be converted from the third stack level).
16641
16642 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
16643 @subsection Date Functions
16644
16645 @noindent
16646 @kindex t N
16647 @pindex calc-now
16648 @tindex now
16649 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
16650 current date and time on the stack as a date form.  The time is
16651 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
16652 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
16653
16654 @kindex t P
16655 @pindex calc-date-part
16656 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
16657 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
16658 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
16659 The various part codes are described in the following paragraphs.
16660
16661 @tindex year
16662 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
16663 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
16664 following functions will also accept a real number for an
16665 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
16666 Note that this function will never return zero, since the year
16667 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
16668
16669 @tindex month
16670 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
16671 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
16672
16673 @tindex day
16674 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
16675 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
16676
16677 @tindex hour
16678 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
16679 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
16680 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
16681 date form.  This function (and the following two) also accept
16682 HMS forms as input.
16683
16684 @tindex minute
16685 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
16686 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
16687
16688 @tindex second
16689 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
16690 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
16691 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
16692 precisions, the result may instead be a floating-point number.
16693
16694 @tindex weekday
16695 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
16696 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
16697 to 6 (Saturday).
16698
16699 @tindex yearday
16700 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
16701 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
16702 to 366 (December 31 of a leap year).
16703
16704 @tindex time
16705 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
16706 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
16707 for a pure date form.
16708
16709 @kindex t M
16710 @pindex calc-new-month
16711 @tindex newmonth
16712 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
16713 computes a new date form that represents the first day of the month
16714 specified by the input date.  The result is always a pure date
16715 form; only the year and month numbers of the input are retained.
16716 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
16717 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
16718 is greater than the actual number of days in the month, or if
16719 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
16720
16721 @kindex t Y
16722 @pindex calc-new-year
16723 @tindex newyear
16724 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
16725 computes a new pure date form that represents the first day of
16726 the year specified by the input.  The month, day, and time
16727 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
16728 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
16729 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
16730 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
16731 year (December 31).  A negative prefix argument from @i{-1} to
16732 @i{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
16733
16734 @kindex t W
16735 @pindex calc-new-week
16736 @tindex newweek
16737 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
16738 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
16739 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
16740 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
16741 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
16742 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
16743
16744 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
16745 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
16746 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
16747 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
16748 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
16749 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
16750 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
16751 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
16752 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
16753 the time to midnight; hint:@: how can @code{newweek} be defined in terms
16754 of the @code{weekday} function?).
16755
16756 @c @starindex
16757 @tindex pwday
16758 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
16759 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
16760 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
16761 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
16762 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
16763 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
16764 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
16765 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
16766 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
16767 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
16768 for any day of the week instead of Sunday.
16769
16770 @kindex t I
16771 @pindex calc-inc-month
16772 @tindex incmonth
16773 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
16774 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
16775 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
16776 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
16777 same, except that if the new month has fewer days the day
16778 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
16779 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
16780 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
16781 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
16782 in this case).
16783
16784 @c @starindex
16785 @tindex incyear
16786 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
16787 a date form by the specified number of years, which may be
16788 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
16789 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
16790 simple equivalents in terms of day arithmetic because
16791 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
16792 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
16793 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
16794
16795 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
16796 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
16797 @code{incweek} simply use @cite{d + n} or @cite{d + 7 n}.
16798
16799 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
16800 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
16801
16802 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
16803 @subsection Business Days
16804
16805 @noindent
16806 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
16807 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
16808 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
16809 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
16810 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
16811 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
16812
16813 @kindex t +
16814 @kindex t -
16815 @tindex badd
16816 @tindex bsub
16817 @pindex calc-business-days-plus
16818 @pindex calc-business-days-minus
16819 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
16820 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
16821 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
16822 one argument must be a date form and the other must be a real
16823 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
16824 then a certain amount of time is added as well as a number of
16825 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
16826 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
16827 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
16828 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
16829 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
16830 case the result is the number of business days between the two
16831 dates.
16832
16833 @cindex @code{Holidays} variable
16834 @vindex Holidays
16835 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
16836 Sunday to be a business day.  You can define any number of
16837 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
16838 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
16839 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
16840 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
16841 be any of the following kinds of objects:
16842
16843 @itemize @bullet
16844 @item
16845 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
16846 particular days which are to be treated as holidays.
16847
16848 @item
16849 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
16850 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
16851
16852 @item
16853 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
16854 considered to be a holiday.
16855
16856 @item
16857 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
16858 If the formula involves the variable @cite{y}, it stands for a
16859 yearly repeating holiday; @cite{y} will take on various year
16860 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
16861 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
16862 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
16863 If the formula involves the variable @cite{m}, that variable
16864 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
16865 a holiday that takes place on the 15th of every month.
16866
16867 @item
16868 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
16869 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
16870
16871 @item
16872 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
16873 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
16874 business-day arithmetic that goes outside this range will result
16875 in an error message.  Use this if you are including an explicit
16876 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
16877 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
16878 where the holidays you entered are complete.  If there is no
16879 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
16880 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
16881 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
16882
16883 @item
16884 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
16885 are to be considered one business day.  For example, if this
16886 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
16887 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
16888 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
16889 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
16890 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
16891 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
16892 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
16893 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
16894 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
16895 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
16896 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
16897 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
16898 @end itemize
16899
16900 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
16901 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
16902 then be no difference between business days and calendar days.
16903
16904 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
16905 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
16906 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
16907 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
16908 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
16909 the number of holidays between two dates.)
16910
16911 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
16912 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
16913 list between the smallest and largest years that have been involved
16914 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
16915 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
16916 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
16917 only a small range of years, Calc will still work out all the
16918 holidays that fall in that 200-year span.
16919
16920 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
16921 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
16922 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
16923 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
16924 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
16925 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
16926 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
16927 difference between two dates one or both of which fall on holidays
16928 equals the number of actual business days between them.  These
16929 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
16930 business days to any date, the difference between the result and the
16931 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
16932 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
16933 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
16934 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
16935
16936 @c @starindex
16937 @tindex holiday
16938 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
16939 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
16940 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
16941 business day.
16942
16943 @node Time Zones, , Business Days, Date Arithmetic
16944 @subsection Time Zones
16945
16946 @noindent
16947 @cindex Time zones
16948 @cindex Daylight savings time
16949 Time zones and daylight savings time are a complicated business.
16950 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
16951 compute the correct time zone and daylight savings adjustment to use,
16952 provided they can figure out this information.  This section describes
16953 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
16954 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
16955 can't determine the right correction to use.
16956
16957 Adjustments for time zones and daylight savings time are done by
16958 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
16959 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
16960 to exactly 30 days even though there is a daylight-savings
16961 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
16962 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
16963 and Unix date/times will adjust for daylight savings time:
16964 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
16965 evaluates to @samp{29.95834} (that's 29 days and 23 hours)
16966 because one hour was lost when daylight savings commenced on
16967 April 7, 1991.
16968
16969 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
16970 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
16971 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
16972 days between two dates without taking daylight savings into account.
16973
16974 @pindex calc-time-zone
16975 @c @starindex
16976 @tindex tzone
16977 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
16978 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
16979 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
16980 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
16981 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
16982 Daylight Savings time is in effect, one hour should be subtracted from
16983 the normal difference.
16984
16985 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
16986 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
16987 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
16988 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
16989 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
16990 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
16991 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
16992 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
16993 (for Pacific standard and daylight savings times, respectively).
16994
16995 North American and European time zone names are defined as follows;
16996 note that for each time zone there is one name for standard time,
16997 another for daylight savings time, and a third for ``generalized'' time
16998 in which the daylight savings adjustment is computed from context.
16999
17000 @group
17001 @smallexample
17002 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17003  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17004
17005 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17006  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17007
17008 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17009 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17010 @end smallexample
17011 @end group
17012
17013 @vindex math-tzone-names
17014 To define time zone names that do not appear in the above table,
17015 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17016 is a list of lists describing the different time zone names; its
17017 structure is best explained by an example.  The three entries for
17018 Pacific Time look like this:
17019
17020 @group
17021 @smallexample
17022 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17023   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight savings adjustment.
17024   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17025 @end smallexample
17026 @end group
17027
17028 @cindex @code{TimeZone} variable
17029 @vindex TimeZone
17030 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} obtains an
17031 argument from the Calc variable @code{TimeZone} if a value has been
17032 stored for that variable.  If not, Calc runs the Unix @samp{date}
17033 command and looks for one of the above time zone names in the output;
17034 if this does not succeed, @samp{tzone()} leaves itself unevaluated.
17035 The time zone name in the @samp{date} output may be followed by a signed
17036 adjustment, e.g., @samp{GMT+5} or @samp{GMT+0500} which specifies a
17037 number of hours and minutes to be added to the base time zone.
17038 Calc stores the time zone it finds into @code{TimeZone} to speed
17039 later calls to @samp{tzone()}.
17040
17041 The special time zone name @code{local} is equivalent to no argument,
17042 i.e., it uses the local time zone as obtained from the @code{date}
17043 command.
17044
17045 If the time zone name found is one of the standard or daylight
17046 savings zone names from the above table, and Calc's internal
17047 daylight savings algorithm says that time and zone are consistent
17048 (e.g., @code{PDT} accompanies a date that Calc's algorithm would also
17049 consider to be daylight savings, or @code{PST} accompanies a date
17050 that Calc would consider to be standard time), then Calc substitutes
17051 the corresponding generalized time zone (like @code{PGT}).
17052
17053 If your system does not have a suitable @samp{date} command, you
17054 may wish to put a @samp{(setq var-TimeZone ...)} in your Emacs
17055 initialization file to set the time zone.  The easiest way to do
17056 this is to edit the @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T}
17057 command, then use the @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable})
17058 command to save the value of @code{TimeZone} permanently.
17059
17060 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17061 arguments do the same thing as @samp{tzone()}.  If the current
17062 time zone is a generalized time zone, e.g., @code{EGT}, Calc
17063 examines the date being converted to tell whether to use standard
17064 or daylight savings time.  But if the current time zone is explicit,
17065 e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is used exactly
17066 and Calc's daylight savings algorithm is not consulted.
17067
17068 Some places don't follow the usual rules for daylight savings time.
17069 The state of Arizona, for example, does not observe daylight savings
17070 time.  If you run Calc during the winter season in Arizona, the
17071 Unix @code{date} command will report @code{MST} time zone, which
17072 Calc will change to @code{MGT}.  If you then convert a time that
17073 lies in the summer months, Calc will apply an incorrect daylight
17074 savings time adjustment.  To avoid this, set your @code{TimeZone}
17075 variable explicitly to @code{MST} to force the use of standard,
17076 non-daylight-savings time.
17077
17078 @vindex math-daylight-savings-hook
17079 @findex math-std-daylight-savings
17080 By default Calc always considers daylight savings time to begin at
17081 2 a.m.@: on the first Sunday of April, and to end at 2 a.m.@: on the
17082 last Sunday of October.  This is the rule that has been in effect
17083 in North America since 1987.  If you are in a country that uses
17084 different rules for computing daylight savings time, you have two
17085 choices:  Write your own daylight savings hook, or control time
17086 zones explicitly by setting the @code{TimeZone} variable and/or
17087 always giving a time-zone argument for the conversion functions.
17088
17089 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17090 name of a function that is used to compute the daylight savings
17091 adjustment for a given date.  The default is
17092 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17093 (either 0 or @i{-1}) using the North American rules given above.
17094
17095 The daylight savings hook function is called with four arguments:
17096 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17097 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17098 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17099 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17100 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17101 converting into a generalized time zone (see below).
17102
17103 @findex math-prev-weekday-in-month
17104 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17105 daylight savings computations.  This is an internal version of
17106 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17107 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17108 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17109 and the weekday number (0-6).
17110
17111 The default daylight savings hook ignores the time zone name, but a
17112 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17113 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17114 depending on the year number, but the default hook always uses the
17115 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17116 daylight savings hook:
17117
17118 @smallexample
17119 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17120   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17121         ((= (nth 1 dt) 4)
17122          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17123            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17124                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17125                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17126                  (t -1))))
17127         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17128         ((= (nth 1 dt) 10)
17129          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17130            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17131                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17132                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17133                  (t 0))))
17134         (t 0))
17135 )
17136 @end smallexample
17137
17138 @noindent
17139 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17140 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17141 It is @i{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17142 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17143 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17144
17145 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17146 beginning of daylight savings time; converting a date/time form that
17147 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17148 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight savings time, the
17149 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17150 form that falls in this hour results in a time value for the first
17151 manifestion of that time (@emph{not} the one that occurs one hour later).
17152
17153 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17154 daylight savings adjustment is always taken to be zero.
17155
17156 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17157 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17158 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17159 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17160 daylight savings computation is applied to it as it appears.
17161 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17162 daylight-savings version of @var{zone} before being given to
17163 the daylight savings hook.  This odd-sounding rule ensures
17164 that the daylight-savings computation is always done in
17165 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17166 is typically represented in.
17167
17168 @c @starindex
17169 @tindex dsadj
17170 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17171 daylight savings adjustment that is appropriate for @var{date} in
17172 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17173 daylight savings time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17174 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17175 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17176 the computation is done for the current time zone.
17177
17178 @xref{Reporting Bugs}, for the address of Calc's author, if you
17179 should wish to contribute your improved versions of
17180 @code{math-tzone-names} and @code{math-daylight-savings-hook}
17181 to the Calc distribution.
17182
17183 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17184 @section Financial Functions
17185
17186 @noindent
17187 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17188 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17189 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17190
17191 Note that the rate and the number of intervals given to these
17192 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17193 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17194 in months will give you very wrong answers!
17195
17196 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17197 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17198 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17199 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17200
17201 @menu
17202 * Percentages::
17203 * Future Value::
17204 * Present Value::
17205 * Related Financial Functions::
17206 * Depreciation Functions::
17207 * Definitions of Financial Functions::
17208 @end menu
17209
17210 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17211 @subsection Percentages
17212
17213 @kindex M-%
17214 @pindex calc-percent
17215 @tindex %
17216 @tindex percent
17217 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17218 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17219 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17220 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17221
17222 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17223 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17224 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17225 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17226 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17227 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17228 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17229 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17230
17231 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17232 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17233 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17234 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17235 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17236 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17237
17238 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17239 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17240 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17241 represents a rate of 540 percent!
17242
17243 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17244 For example, @kbd{68 RET 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17245 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17246
17247 @kindex c %
17248 @pindex calc-convert-percent
17249 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17250 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17251 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17252 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17253 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17254 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17255 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17256
17257 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17258 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 RET 68 / c %}} displays
17259 @samp{25%}.
17260
17261 @kindex b %
17262 @pindex calc-percent-change
17263 @tindex relch
17264 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17265 calculates the percentage change from one number to another.
17266 For example, @kbd{40 RET 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17267 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17268 decrease:  @kbd{50 RET 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17269 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17270 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17271 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17272 of @kbd{40 RET 50 b %} is to compute @cite{(50-40)/40}, converting
17273 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17274
17275 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17276 @subsection Future Value
17277
17278 @noindent
17279 @kindex b F
17280 @pindex calc-fin-fv
17281 @tindex fv
17282 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17283 the future value of an investment.  It takes three arguments
17284 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17285 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17286 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17287 year, then this function tells you what your investment would be
17288 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17289 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17290 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17291 occur at the @emph{end} of each interval.
17292
17293 @kindex I b F
17294 @tindex fvb
17295 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17296 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17297 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17298 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17299 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17300 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17301 Using the stack, this calculation would have been
17302 @kbd{5.4 M-% 5 RET 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17303 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17304
17305 @kindex H b F
17306 @tindex fvl
17307 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17308 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17309 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17310 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17311
17312 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17313 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17314 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17315 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17316 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.@refill
17317
17318 To illustrate the relationships between these functions, we could
17319 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17320 final balance will be the sum of the contributions of our five
17321 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17322 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17323 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17324 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17325 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17326 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17327 by @code{fvb} directly.
17328
17329 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17330 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17331 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17332 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17333 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17334 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @cite{5569.96 =
17335 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17336
17337 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17338 @subsection Present Value
17339
17340 @noindent
17341 @kindex b P
17342 @pindex calc-fin-pv
17343 @tindex pv
17344 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17345 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17346 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17347 It computes the present value of a series of regular payments.
17348 Suppose you have the chance to make an investment that will
17349 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17350 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17351 You want to know whether it is better to make the investment, or
17352 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17353 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17354 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17355 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17356 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17357
17358 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17359 trying to compare the return from the investment you are
17360 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17361 the return from leaving the money in the bank, which is
17362 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17363 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17364 finds the break-even point, @cite{x = 6479.44}, at which
17365 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17366 the largest amount you should be willing to invest.
17367
17368 @kindex I b P
17369 @tindex pvb
17370 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17371 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17372 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17373 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17374 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17375 earning interest on the return from our investment sooner.
17376
17377 @kindex H b P
17378 @tindex pvl
17379 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17380 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17381 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17382 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17383 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17384 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17385 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17386
17387 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17388 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17389 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17390
17391 @kindex b N
17392 @pindex calc-fin-npv
17393 @tindex npv
17394 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17395 the net present value of a series of irregular investments.
17396 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17397 a vector which represents the expected return from the investment
17398 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17399 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17400 from the first year, second year, and so on.
17401
17402 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17403 Obviously this function is more interesting when the payments are
17404 not all the same!
17405
17406 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17407 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17408 vector statistical functions like @code{vsum}.
17409 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17410 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17411 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17412 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17413 payment values or vectors to take from the stack.@refill
17414
17415 @kindex I b N
17416 @tindex npvb
17417 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17418 value where payments occur at the beginning of each interval
17419 rather than at the end.
17420
17421 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17422 @subsection Related Financial Functions
17423
17424 @noindent
17425 The functions in this section are basically inverses of the
17426 present value functions with respect to the various arguments.
17427
17428 @kindex b M
17429 @pindex calc-fin-pmt
17430 @tindex pmt
17431 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17432 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17433 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17434 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17435 @var{payment}) = @var{amount}}.@refill
17436
17437 @kindex I b M
17438 @tindex pmtb
17439 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17440 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17441 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17442 represents an initial lump-sum investment.
17443
17444 @kindex H b M
17445 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17446 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17447
17448 @kindex b #
17449 @pindex calc-fin-nper
17450 @tindex nper
17451 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17452 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17453 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17454 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17455 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17456 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17457 the @code{nper} function is left in symbolic form.@refill
17458
17459 @kindex I b #
17460 @tindex nperb
17461 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17462 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17463 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17464 rather slow in the four-argument case.@refill
17465
17466 @kindex H b #
17467 @tindex nperl
17468 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17469 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17470 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17471 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17472 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.@refill
17473
17474 @kindex b T
17475 @pindex calc-fin-rate
17476 @tindex rate
17477 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17478 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17479 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17480 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17481 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.@refill
17482
17483 @kindex I b T
17484 @kindex H b T
17485 @tindex rateb
17486 @tindex ratel
17487 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17488 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17489 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17490 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17491 To redo the above example from a different perspective,
17492 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17493 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.@refill
17494
17495 @kindex b I
17496 @pindex calc-fin-irr
17497 @tindex irr
17498 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17499 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17500 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17501 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17502 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17503
17504 @kindex I b I
17505 @tindex irrb
17506 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17507 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17508
17509 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17510 @subsection Depreciation Functions
17511
17512 @noindent
17513 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17514 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17515 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17516 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17517 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17518 (or other periods) of the expected useful life.
17519
17520 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17521 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17522
17523 @kindex b S
17524 @pindex calc-fin-sln
17525 @tindex sln
17526 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17527 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17528 by the same amount every year (or period).  For example,
17529 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17530 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17531 per year.
17532
17533 @kindex b Y
17534 @pindex calc-fin-syd
17535 @tindex syd
17536 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17537 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17538 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17539 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17540 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17541 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17542 return zero.
17543
17544 @kindex b D
17545 @pindex calc-fin-ddb
17546 @tindex ddb
17547 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17548 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17549 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17550
17551 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17552 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17553 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17554
17555 For example, pushing the vector @cite{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17556 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17557 ddb(12000,2000,5,$)] RET} produces a matrix that allows us to compare
17558 the three depreciation methods:
17559
17560 @group
17561 @example
17562 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17563   [ 2000, 2667, 2880 ]
17564   [ 2000, 2000, 1728 ]
17565   [ 2000, 1333,  592 ]
17566   [ 2000,  667,   0  ] ]
17567 @end example
17568 @end group
17569
17570 @noindent
17571 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
17572 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
17573 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
17574 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
17575
17576 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @cite{[10000, 10000, 10000]};
17577 the total depreciation in any method is (by definition) the
17578 difference between the cost and the salvage value.
17579
17580 @node Definitions of Financial Functions, , Depreciation Functions, Financial Functions
17581 @subsection Definitions
17582
17583 @noindent
17584 For your reference, here are the actual formulas used to compute
17585 Calc's financial functions.
17586
17587 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
17588 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
17589 be a variable.  Calc expands these functions according to the
17590 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
17591 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
17592 integrals or solving equations involving the functions.
17593
17594 @ifnottex
17595 These formulas are shown using the conventions of ``Big'' display
17596 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
17597 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
17598
17599 @example
17600                                         n
17601                               (1 + rate)  - 1
17602 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
17603                                    rate
17604
17605                                          n
17606                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
17607 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
17608                                          rate
17609
17610                                         n
17611 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17612
17613                                             -n
17614                               1 - (1 + rate)  
17615 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
17616                                     rate
17617
17618                                              -n
17619                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17620 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
17621                                          rate
17622
17623                                         -n
17624 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17625
17626                                     -1               -2               -3
17627 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17628
17629                                         -1               -2
17630 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17631
17632                                              -n
17633                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17634 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
17635                                              -n
17636                                1 - (1 + rate)
17637
17638                                              -n
17639                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17640 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
17641                                         -n
17642                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17643
17644                                    amt * rate
17645 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
17646                                       pmt
17647
17648                                     amt * rate
17649 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
17650                                   pmt * (1 + rate)
17651
17652                               amt
17653 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
17654                               pmt
17655
17656                            1/n
17657                         pmt
17658 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
17659                            1/n
17660                         amt
17661
17662                         cost - salv
17663 sln(cost, salv, life) = -----------
17664                            life
17665
17666                              (cost - salv) * (life - per + 1)
17667 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
17668                                   life * (life + 1) / 2
17669
17670                              book * 2
17671 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
17672                                life
17673 @end example
17674 @end ifnottex
17675 @tex
17676 \turnoffactive
17677 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
17678 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
17679 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
17680 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
17681 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
17682 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
17683 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
17684 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
17685 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
17686 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
17687                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
17688 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
17689 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
17690 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
17691 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
17692 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
17693 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
17694 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
17695 @end tex
17696
17697 @noindent
17698 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @cite{x=0} if omitted.
17699
17700 These functions accept any numeric objects, including error forms,
17701 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
17702 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
17703 all sorts of inputs.
17704
17705 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
17706 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
17707 returning a (financially meaningless) complex number.
17708
17709 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
17710 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
17711 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
17712 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
17713 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
17714 directly; its formula is shown in the above list.
17715
17716 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
17717 for @samp{rate}.
17718
17719 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
17720 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
17721 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
17722
17723 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
17724 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
17725 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
17726
17727 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
17728 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
17729 formula for the specified number of periods.  If the book value
17730 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
17731 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
17732 function returns the amount the book value decreased in the specified
17733 period.
17734
17735 The Calc financial function names were borrowed mostly from Microsoft
17736 Excel and Borland's Quattro.  The @code{ratel} function corresponds to
17737 @samp{@@CGR} in Borland's Reflex.  The @code{nper} and @code{nperl}
17738 functions correspond to @samp{@@TERM} and @samp{@@CTERM} in Quattro,
17739 respectively.  Beware that the Calc functions may take their arguments
17740 in a different order than the corresponding functions in your favorite
17741 spreadsheet.
17742
17743 @node Binary Functions, , Financial Functions, Arithmetic
17744 @section Binary Number Functions
17745
17746 @noindent
17747 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
17748 the @kbd{b} prefix.
17749
17750 @cindex Binary numbers
17751 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
17752 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
17753 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
17754 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
17755 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
17756
17757 @cindex Word size for binary operations
17758 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @cite{w}, an
17759 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
17760 of the binary operations described here operate modulo @cite{2^w}.  In
17761 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
17762 @cite{2^w} by all binary functions.@refill
17763
17764 If the word size is negative, binary operations produce 2's complement
17765 integers from @c{$-2^{-w-1}$}
17766 @cite{-(2^(-w-1))} to @c{$2^{-w-1}-1$}
17767 @cite{2^(-w-1)-1} inclusive.  Either
17768 mode accepts inputs in any range; the sign of @cite{w} affects only
17769 the results produced.
17770
17771 @kindex b c
17772 @pindex calc-clip
17773 @tindex clip
17774 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
17775 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
17776 @cite{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
17777 their results to the current word size.  Note that other operations like
17778 addition do not use the current word size, since integer addition
17779 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
17780 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
17781 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
17782 size of @i{-8} @kbd{b c} converts to the range @i{-128} to 127.@refill
17783
17784 @kindex b w
17785 @pindex calc-word-size
17786 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
17787 rotates allow you to specify a different word size for that one
17788 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
17789 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
17790 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
17791 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
17792 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
17793
17794 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
17795 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
17796 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
17797 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
17798 @i{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
17799 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
17800 integer-valued floats.
17801
17802 If either or both arguments are modulo forms for which @cite{M} is a
17803 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
17804 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
17805 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
17806
17807 @kindex b a
17808 @pindex calc-and
17809 @tindex and
17810 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
17811 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
17812 of the @cite{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
17813 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
17814 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
17815
17816 @kindex b o
17817 @pindex calc-or
17818 @tindex or
17819 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
17820 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
17821 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
17822
17823 @kindex b x
17824 @pindex calc-xor
17825 @tindex xor
17826 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
17827 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
17828 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
17829
17830 @kindex b d
17831 @pindex calc-diff
17832 @tindex diff
17833 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
17834 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
17835 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
17836
17837 @kindex b n
17838 @pindex calc-not
17839 @tindex not
17840 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
17841 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
17842
17843 @kindex b l
17844 @pindex calc-lshift-binary
17845 @tindex lsh
17846 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
17847 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17848 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
17849 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
17850 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
17851 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
17852
17853 @kindex H b l
17854 @kindex H b r
17855 @c @mindex @idots
17856 @kindex H b L
17857 @c @mindex @null
17858 @kindex H b R
17859 @c @mindex @null
17860 @kindex H b t
17861 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
17862 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
17863 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
17864 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
17865 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
17866
17867 @kindex b r
17868 @pindex calc-rshift-binary
17869 @tindex rsh
17870 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
17871 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17872 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
17873
17874 @kindex b L
17875 @pindex calc-lshift-arith
17876 @tindex ash
17877 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
17878 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
17879 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
17880 is performed as described below.
17881
17882 @kindex b R
17883 @pindex calc-rshift-arith
17884 @tindex rash
17885 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
17886 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
17887 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
17888 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
17889 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
17890 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
17891 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
17892 performs a standard left shift.
17893
17894 @kindex b t
17895 @pindex calc-rotate-binary
17896 @tindex rot
17897 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
17898 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
17899 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
17900 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
17901 or right.
17902
17903 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
17904 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
17905 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
17906 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
17907 bits in a binary integer.
17908
17909 Another interesting use of the set representation of binary integers
17910 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
17911 unpack; type @kbd{31 TAB -} to replace each bit-number in the set
17912 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
17913 into a binary integer.
17914
17915 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
17916 @chapter Scientific Functions
17917
17918 @noindent
17919 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
17920 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
17921 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
17922 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
17923
17924 @kindex P
17925 @pindex calc-pi
17926 @cindex @code{pi} variable
17927 @vindex pi
17928 @kindex H P
17929 @cindex @code{e} variable
17930 @vindex e
17931 @kindex I P
17932 @cindex @code{gamma} variable
17933 @vindex gamma
17934 @cindex Gamma constant, Euler's
17935 @cindex Euler's gamma constant
17936 @kindex H I P
17937 @cindex @code{phi} variable
17938 @cindex Phi, golden ratio
17939 @cindex Golden ratio
17940 One miscellanous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
17941 the value of @c{$\pi$}
17942 @cite{pi} (at the current precision) onto the stack.  With the
17943 Hyperbolic flag, it pushes the value @cite{e}, the base of natural logarithms.
17944 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant @c{$\gamma$}
17945 @cite{gamma} (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
17946 pushes the ``golden ratio'' @c{$\phi$}
17947 @cite{phi} (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
17948 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
17949 In Symbolic mode, these commands push the
17950 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
17951 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.@refill
17952
17953 @c @mindex Q
17954 @c @mindex I Q
17955 @kindex I Q
17956 @tindex sqr
17957 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
17958 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
17959 computes the square of the argument.
17960
17961 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
17962 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
17963 interpret a prefix argument.
17964
17965 @menu
17966 * Logarithmic Functions::
17967 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
17968 * Advanced Math Functions::
17969 * Branch Cuts::
17970 * Random Numbers::
17971 * Combinatorial Functions::
17972 * Probability Distribution Functions::
17973 @end menu
17974
17975 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
17976 @section Logarithmic Functions
17977
17978 @noindent
17979 @kindex L
17980 @pindex calc-ln
17981 @tindex ln
17982 @c @mindex @null
17983 @kindex I E
17984 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
17985 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
17986 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
17987 this is redundant with the @kbd{E} command.
17988
17989 @kindex E
17990 @pindex calc-exp
17991 @tindex exp
17992 @c @mindex @null
17993 @kindex I L
17994 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
17995 exponential, i.e., @cite{e} raised to the power of the number on the stack.
17996 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
17997 the @code{calc-ln} command.
17998
17999 @kindex H L
18000 @kindex H E
18001 @pindex calc-log10
18002 @tindex log10
18003 @tindex exp10
18004 @c @mindex @null
18005 @kindex H I L
18006 @c @mindex @null
18007 @kindex H I E
18008 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18009 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18010 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18011 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18012 by @c{$\ln10$}
18013 @cite{ln(10)}.
18014
18015 @kindex B
18016 @kindex I B
18017 @pindex calc-log
18018 @tindex log
18019 @tindex alog
18020 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18021 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18022 @c{$2^{10} = 1024$}
18023 @cite{2^10 = 1024}.  In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18024 will be either @cite{1:2} or @cite{0.5} depending on the current Fraction
18025 Mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18026 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18027
18028 @kindex f I
18029 @pindex calc-ilog
18030 @tindex ilog
18031 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18032 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18033 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18034 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @cite{x} in the
18035 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18036 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18037 @samp{floor(log(x,b))}.
18038
18039 @kindex f E
18040 @pindex calc-expm1
18041 @tindex expm1
18042 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18043 @c{$e^x - 1$}
18044 @cite{exp(x)-1}, but using an algorithm that produces a more accurate
18045 answer when the result is close to zero, i.e., when @c{$e^x$}
18046 @cite{exp(x)} is close
18047 to one.
18048
18049 @kindex f L
18050 @pindex calc-lnp1
18051 @tindex lnp1
18052 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18053 @c{$\ln(x+1)$}
18054 @cite{ln(x+1)}, producing a more accurate answer when @cite{x} is close
18055 to zero.
18056
18057 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18058 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18059
18060 @noindent
18061 @kindex S
18062 @pindex calc-sin
18063 @tindex sin
18064 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18065 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18066 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18067 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18068 on complex numbers.@refill
18069
18070 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18071 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18072 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18073 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18074 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18075
18076 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18077 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18078 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command recognizes many such
18079 formulas when the current angular mode is radians @emph{and} symbolic
18080 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18081 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18082 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18083 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18084 the form @cite{x} plus a multiple of @c{$\pi/2$}
18085 @cite{pi/2} are also simplified.
18086 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.@refill
18087
18088 The @kbd{a s} command knows all angles which are integer multiples of
18089 @c{$\pi/12$}
18090 @cite{pi/12}, @c{$\pi/10$}
18091 @cite{pi/10}, or @c{$\pi/8$}
18092 @cite{pi/8} radians.  In degrees mode,
18093 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18094 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18095
18096 @kindex I S
18097 @pindex calc-arcsin
18098 @tindex arcsin
18099 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18100 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18101 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18102 notation depending on the current angular mode.
18103
18104 @kindex H S
18105 @pindex calc-sinh
18106 @tindex sinh
18107 @kindex H I S
18108 @pindex calc-arcsinh
18109 @tindex arcsinh
18110 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18111 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18112 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18113 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18114
18115 @kindex C
18116 @pindex calc-cos
18117 @tindex cos
18118 @c @mindex @idots
18119 @kindex I C
18120 @pindex calc-arccos
18121 @c @mindex @null
18122 @tindex arccos
18123 @c @mindex @null
18124 @kindex H C
18125 @pindex calc-cosh
18126 @c @mindex @null
18127 @tindex cosh
18128 @c @mindex @null
18129 @kindex H I C
18130 @pindex calc-arccosh
18131 @c @mindex @null
18132 @tindex arccosh
18133 @c @mindex @null
18134 @kindex T
18135 @pindex calc-tan
18136 @c @mindex @null
18137 @tindex tan
18138 @c @mindex @null
18139 @kindex I T
18140 @pindex calc-arctan
18141 @c @mindex @null
18142 @tindex arctan
18143 @c @mindex @null
18144 @kindex H T
18145 @pindex calc-tanh
18146 @c @mindex @null
18147 @tindex tanh
18148 @c @mindex @null
18149 @kindex H I T
18150 @pindex calc-arctanh
18151 @c @mindex @null
18152 @tindex arctanh
18153 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18154 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18155 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18156 variants of these functions.
18157
18158 @kindex f T
18159 @pindex calc-arctan2
18160 @tindex arctan2
18161 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18162 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18163 result is in the full range from @i{-180} (exclusive) to @i{+180}
18164 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18165 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18166 value would only be in the range from @i{-90} to @i{+90} degrees
18167 since the division loses information about the signs of the two
18168 components, and an error might result from an explicit division by zero
18169 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18170 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18171
18172 @pindex calc-sincos
18173 @c @starindex
18174 @tindex sincos
18175 @c @starindex
18176 @c @mindex arc@idots
18177 @tindex arcsincos
18178 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18179 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18180 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18181 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18182 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18183 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)@refill
18184
18185 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18186 @section Advanced Mathematical Functions
18187
18188 @noindent
18189 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18190 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18191 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18192 will work to arbitrarily large precisions.  They can not at present
18193 handle error forms or intervals as arguments.
18194
18195 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18196 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18197 current precision comfortably higher than you actually need when
18198 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18199 slow for some values of the arguments.
18200
18201 @kindex f g
18202 @pindex calc-gamma
18203 @tindex gamma
18204 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18205 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18206 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18207 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18208 integral:  @c{$\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt$}
18209 @cite{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.
18210 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18211
18212 @kindex f G
18213 @tindex gammaP
18214 @c @mindex @idots
18215 @kindex I f G
18216 @c @mindex @null
18217 @kindex H f G
18218 @c @mindex @null
18219 @kindex H I f G
18220 @pindex calc-inc-gamma
18221 @c @mindex @null
18222 @tindex gammaQ
18223 @c @mindex @null
18224 @tindex gammag
18225 @c @mindex @null
18226 @tindex gammaG
18227 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18228 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18229 the integral, @c{$P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)$}
18230 @cite{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18231 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @cite{a} (see the
18232 definition of the normal gamma function).
18233
18234 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18235 The complement of @cite{P(a,x)}, called @cite{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18236 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18237 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18238 @cite{x} to infinity.
18239
18240 @ifnottex
18241 The functions corresponding to the integrals that define @cite{P(a,x)}
18242 and @cite{Q(a,x)} but without the normalizing @cite{1/gamma(a)}
18243 factor are called @cite{g(a,x)} and @cite{G(a,x)}, respectively
18244 (where @cite{g} and @cite{G} represent the lower- and upper-case Greek
18245 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18246 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18247 @end ifnottex
18248 @tex
18249 \turnoffactive
18250 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18251 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18252 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18253 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18254 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18255 @end tex
18256
18257 @kindex f b
18258 @pindex calc-beta
18259 @tindex beta
18260 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18261 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18262 @c{$B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)$}
18263 @cite{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)}, or by
18264 @c{$B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt$}
18265 @cite{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18266
18267 @kindex f B
18268 @kindex H f B
18269 @pindex calc-inc-beta
18270 @tindex betaI
18271 @tindex betaB
18272 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18273 the incomplete beta function @cite{I(x,a,b)}.  It is defined by
18274 @c{$I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)$}
18275 @cite{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18276 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18277 un-normalized version [@code{betaB}].
18278
18279 @kindex f e
18280 @kindex I f e
18281 @pindex calc-erf
18282 @tindex erf
18283 @tindex erfc
18284 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18285 error function @c{$\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt$}
18286 @cite{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18287 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18288 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18289 @c{$\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1$}
18290 @cite{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18291
18292 @kindex f j
18293 @kindex f y
18294 @pindex calc-bessel-J
18295 @pindex calc-bessel-Y
18296 @tindex besJ
18297 @tindex besY
18298 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18299 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18300 functions of the first and second kinds, respectively.
18301 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18302 @cite{n} is often an integer, but is not required to be one.
18303 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18304 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18305 Use with care!@refill
18306
18307 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18308 @section Branch Cuts and Principal Values
18309
18310 @noindent
18311 @cindex Branch cuts
18312 @cindex Principal values
18313 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18314 defined for complex numbers as well as for reals.
18315 This section describes the values
18316 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18317 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18318 second edition, in these matters.  This section will describe each
18319 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18320 diagrams), consult Steele's book.
18321
18322 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18323 changed between the first and second editions of Steele.  Versions of
18324 Calc starting with 2.00 follow the second edition.
18325
18326 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18327 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18328 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18329 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18330 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18331 or II and IV for @code{arctanh}.
18332
18333 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18334 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18335 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18336 and wait a while to get suitable answers from them.
18337
18338 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @cite{a<0} and @cite{b} is small but positive
18339 or zero, the result is close to the @cite{+i} axis.  For @cite{b} small and
18340 negative, the result is close to the @cite{-i} axis.  The result always lies
18341 in the right half of the complex plane.
18342
18343 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18344 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18345 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18346 negative real axis.
18347
18348 The following table describes these branch cuts in another way.
18349 If the real and imaginary parts of @cite{z} are as shown, then
18350 the real and imaginary parts of @cite{f(z)} will be as shown.
18351 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18352 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18353
18354 @smallexample
18355      z           sqrt(z)       ln(z)
18356 ----------------------------------------
18357    +,   0         +,  0       any, 0
18358    -,   0         0,  +       any, pi
18359    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18360    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18361 @end smallexample
18362
18363 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18364 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18365 not evaluate to @i{-2} as you might expect, but to the complex
18366 number @cite{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18367 of @i{-8} (as is @cite{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18368 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18369
18370 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18371 The branch cuts are on the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18372
18373 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18374 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18375 the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18376
18377 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18378 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18379 imaginary axis, below @cite{-i} and above @cite{i}.
18380
18381 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18382 The branch cuts are on the imaginary axis, below @cite{-i} and
18383 above @cite{i}.
18384
18385 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18386 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18387 real axis less than 1.
18388
18389 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18390 The branch cuts are on the real axis, less than @i{-1} and greater than 1.
18391
18392 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18393 @code{arctan} assume the current angular mode is radians.  The
18394 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18395
18396 @smallexample
18397        z             arcsin(z)            arccos(z)
18398 -------------------------------------------------------
18399  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18400  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18401  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18402    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18403    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18404    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18405     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18406     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18407     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18408 @end smallexample
18409
18410 @smallexample
18411        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18412 -----------------------------------------------------
18413  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18414  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18415  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18416    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18417    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18418    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18419     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18420     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18421     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18422 @end smallexample
18423
18424 @smallexample
18425        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18426 -----------------------------------------------------
18427    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18428    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18429  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18430  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18431    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18432  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18433  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18434 @end smallexample
18435
18436 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18437 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18438 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18439
18440 @smallexample
18441 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18442 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18443 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18444 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18445 @end smallexample
18446
18447 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18448 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18449 are not rigorously specified at present.
18450
18451 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18452 @section Random Numbers
18453
18454 @noindent
18455 @kindex k r
18456 @pindex calc-random
18457 @tindex random
18458 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18459 random numbers of various sorts.
18460
18461 Given a positive numeric prefix argument @cite{M}, it produces a random
18462 integer @cite{N} in the range @c{$0 \le N < M$}
18463 @cite{0 <= N < M}.  Each of the @cite{M}
18464 values appears with equal probability.@refill
18465
18466 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18467 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @cite{M}
18468 the result is a random integer less than @cite{M}.  However, note that
18469 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @cite{M}
18470 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @cite{M} is negative,
18471 the result is a random integer in the range @c{$M < N \le 0$}
18472 @cite{M < N <= 0}.
18473
18474 If the value on the stack is a floating-point number @cite{M}, the result
18475 is a random floating-point number @cite{N} in the range @c{$0 \le N < M$}
18476 @cite{0 <= N < M}
18477 or @c{$M < N \le 0$}
18478 @cite{M < N <= 0}, according to the sign of @cite{M}.
18479
18480 If @cite{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
18481 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
18482 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
18483 every other call to this function will be especially fast.
18484
18485 If @cite{M} is an error form @c{$m$ @code{+/-} $\sigma$}
18486 @samp{m +/- s} where @i{m}
18487 and @c{$\sigma$}
18488 @i{s} are both real numbers, the result uses a Gaussian
18489 distribution with mean @i{m} and standard deviation @c{$\sigma$}
18490 @i{s}.
18491
18492 If @cite{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
18493 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
18494 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
18495 is floating-point, the result is a random real number in the specified
18496 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
18497 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
18498 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
18499 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
18500 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
18501 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
18502 extremely small.)
18503
18504 If @cite{M} is a vector, the result is one element taken at random from
18505 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
18506
18507 @vindex RandSeed
18508 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
18509 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
18510 the current time and other information.  You can get a reproducible
18511 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
18512 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
18513 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
18514 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
18515 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
18516 from the current time.  If you store the same integer that you used
18517 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
18518 of random numbers as before.
18519
18520 @pindex calc-rrandom
18521 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
18522 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
18523
18524 @kindex k a
18525 @pindex calc-random-again
18526 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
18527 number, re-using the most recent value of @cite{M}.  With a numeric
18528 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
18529 that value of @cite{M}.
18530
18531 @kindex k h
18532 @pindex calc-shuffle
18533 @tindex shuffle
18534 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
18535 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
18536 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
18537 of the @cite{M} formats described above.  The numeric prefix argument
18538 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
18539 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
18540 stack, and @cite{M} from second-to-top.)
18541
18542 If @cite{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
18543 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
18544 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
18545 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
18546 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
18547 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
18548 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
18549 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
18550 If @cite{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
18551 than once, but if several elements of @cite{M} are equal, they may
18552 each make it into the result vector.)
18553
18554 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
18555 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
18556 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
18557 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
18558 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
18559 by @cite{M}.  Naturally, this is allowed only when @cite{M} specifies
18560 a small discrete set of possibilities.
18561
18562 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
18563 given @cite{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
18564 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @cite{M}, then use
18565 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
18566 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
18567
18568 @menu
18569 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
18570 @end menu
18571
18572 @node Random Number Generator, , Random Numbers, Random Numbers
18573 @subsection Random Number Generator
18574
18575 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
18576 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
18577 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
18578 of the theory of random number generators and their measurement and
18579 characterization.
18580
18581 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs' built-in
18582 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
18583 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
18584 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
18585
18586 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
18587 the low-level random sequence using the time of day, so that the
18588 random number sequence will be different every time you use Calc.
18589
18590 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
18591 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
18592 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
18593 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
18594 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
18595 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
18596 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
18597 generators that are typically used to implement @code{random}.
18598
18599 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
18600 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
18601 computing @c{$X_{n-55} - X_{n-24}$}
18602 @cite{X_n-55 - X_n-24}).  This method expands the seed
18603 value into a large table which is maintained internally; the variable
18604 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @cite{[42]}
18605 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
18606 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
18607 continue to use the same internal table as last time.  There is no
18608 way to extract the complete state of the random number generator
18609 so that you can restart it from any point; you can only restart it
18610 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
18611 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
18612 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
18613 to reseed the generator with that number.
18614
18615 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
18616 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
18617 to generate a new random number, it uses the previous number to
18618 index into the table, picks the value it finds there as the new
18619 random number, then replaces that table entry with a new value
18620 obtained from a call to the base random number generator (either
18621 the additive congruential generator or the @code{random} function
18622 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
18623 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
18624 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
18625 damage its randomness.
18626
18627 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
18628 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
18629 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
18630 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
18631 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
18632 value.
18633
18634 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
18635 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
18636 @c{$10^{-p}$}
18637 @cite{10^-p}.  The resulting random numbers should be very clean, but note
18638 that relatively small numbers will have few significant random digits.
18639 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
18640 numbers on the order of @c{$10^{-9}$}
18641 @cite{10^-9} or @c{$10^{-10}$}
18642 @cite{10^-10}, but those numbers
18643 will only have two or three random digits since they correspond to small
18644 integers times @c{$10^{-12}$}
18645 @cite{10^-12}.
18646
18647 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
18648 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
18649 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
18650 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
18651 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
18652 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
18653 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
18654 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
18655 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
18656 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
18657
18658 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
18659 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C.  This method
18660 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
18661 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
18662
18663 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
18664 @section Combinatorial Functions
18665
18666 @noindent
18667 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
18668 @kbd{k} key prefix.
18669
18670 @kindex k g
18671 @pindex calc-gcd
18672 @tindex gcd
18673 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
18674 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
18675 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
18676 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
18677 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
18678 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
18679 the operation is left in symbolic form.@refill
18680
18681 @kindex k l
18682 @pindex calc-lcm
18683 @tindex lcm
18684 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
18685 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
18686 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
18687 numbers.@refill
18688
18689 @kindex k E
18690 @pindex calc-extended-gcd
18691 @tindex egcd
18692 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
18693 the GCD of two integers @cite{x} and @cite{y} and returns a vector
18694 @cite{[g, a, b]} where @c{$g = \gcd(x,y) = a x + b y$}
18695 @cite{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
18696
18697 @kindex !
18698 @pindex calc-factorial
18699 @tindex fact
18700 @c @mindex @null
18701 @tindex !
18702 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
18703 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
18704 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
18705 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
18706 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
18707 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
18708 large factorials can be slow; using floating-point format will help
18709 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
18710 the commands in this section.@refill
18711
18712 @kindex k d
18713 @pindex calc-double-factorial
18714 @tindex dfact
18715 @c @mindex @null
18716 @tindex !!
18717 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
18718 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
18719 this is the product of even integers from 2 to @cite{N}.  For an odd
18720 integer, this is the product of odd integers from 3 to @cite{N}.  If
18721 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
18722 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
18723 The notation @cite{N!!} is also recognized for double factorials.@refill
18724
18725 @kindex k c
18726 @pindex calc-choose
18727 @tindex choose
18728 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
18729 binomial coefficient @cite{N}-choose-@cite{M}, where @cite{M} is the number
18730 on the top of the stack and @cite{N} is second-to-top.  If both arguments
18731 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
18732 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
18733 real numbers by @c{$N! \over M! (N-M)!\,$}
18734 @cite{N! / M! (N-M)!}.
18735
18736 @kindex H k c
18737 @pindex calc-perm
18738 @tindex perm
18739 @ifnottex
18740 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
18741 number-of-permutations function @cite{N! / (N-M)!}.
18742 @end ifnottex
18743 @tex
18744 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
18745 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
18746 @end tex
18747
18748 @kindex k b
18749 @kindex H k b
18750 @pindex calc-bernoulli-number
18751 @tindex bern
18752 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
18753 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
18754 is a nonnegative integer @cite{n} that specifies which Bernoulli number
18755 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
18756 taking @cite{n} from the second-to-top position and @cite{x} from the
18757 top of the stack.  If @cite{x} is a variable or formula the result is
18758 a polynomial in @cite{x}; if @cite{x} is a number the result is a number.
18759
18760 @kindex k e
18761 @kindex H k e
18762 @pindex calc-euler-number
18763 @tindex euler
18764 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
18765 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
18766 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
18767 functions.
18768
18769 @kindex k s
18770 @kindex H k s
18771 @pindex calc-stirling-number
18772 @tindex stir1
18773 @tindex stir2
18774 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
18775 computes a Stirling number of the first kind@c{ $n \brack m$}
18776 @asis{}, given two integers
18777 @cite{n} and @cite{m} on the stack.  The @kbd{H k s} [@code{stir2}]
18778 command computes a Stirling number of the second kind@c{ $n \brace m$}
18779 @asis{}.  These are
18780 the number of @cite{m}-cycle permutations of @cite{n} objects, and
18781 the number of ways to partition @cite{n} objects into @cite{m}
18782 non-empty sets, respectively.
18783
18784 @kindex k p
18785 @pindex calc-prime-test
18786 @cindex Primes
18787 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
18788 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
18789 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
18790 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
18791 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
18792 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
18793 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
18794 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
18795 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
18796 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
18797 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
18798 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
18799 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
18800
18801 @c @starindex
18802 @tindex prime
18803 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
18804 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
18805 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
18806 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
18807 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @cite{n}
18808 is (probably) prime and 0 if not.
18809
18810 @kindex k f
18811 @pindex calc-prime-factors
18812 @tindex prfac
18813 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
18814 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
18815 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
18816 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
18817 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
18818 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
18819 million (with a warning message).  For negative integers, the first
18820 element of the list will be @i{-1}.  For inputs @i{-1}, @i{0}, and
18821 @i{1}, the result is a list of the same number.
18822
18823 @kindex k n
18824 @pindex calc-next-prime
18825 @c @mindex nextpr@idots
18826 @tindex nextprime
18827 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
18828 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
18829 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
18830 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
18831 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
18832 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
18833 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
18834 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
18835 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
18836 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
18837 prime.
18838
18839 @kindex I k n
18840 @pindex calc-prev-prime
18841 @c @mindex prevpr@idots
18842 @tindex prevprime
18843 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
18844 analogously finds the next prime less than a given number.
18845
18846 @kindex k t
18847 @pindex calc-totient
18848 @tindex totient
18849 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
18850 Euler ``totient'' function@c{ $\phi(n)$}
18851 @asis{}, the number of integers less than @cite{n} which
18852 are relatively prime to @cite{n}.
18853
18854 @kindex k m
18855 @pindex calc-moebius
18856 @tindex moebius
18857 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
18858 @c{M\"obius $\mu$}
18859 @asis{Moebius ``mu''} function.  If the input number is a product of @cite{k}
18860 distinct factors, this is @cite{(-1)^k}.  If the input number has any
18861 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
18862 the result is zero.
18863
18864 @node Probability Distribution Functions, , Combinatorial Functions, Scientific Functions
18865 @section Probability Distribution Functions
18866
18867 @noindent
18868 The functions in this section compute various probability distributions.
18869 For continuous distributions, this is the integral of the probability
18870 density function from @cite{x} to infinity.  (These are the ``upper
18871 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
18872 tail'' functions which integrate from minus infinity to @cite{x}.)
18873 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
18874 from @cite{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
18875 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@cite{x}.
18876
18877 To integrate from @cite{x} to @cite{y}, just use the distribution
18878 function twice and subtract.  For example, the probability that a
18879 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
18880 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
18881 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
18882 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
18883
18884 @kindex k B
18885 @kindex I k B
18886 @pindex calc-utpb
18887 @tindex utpb
18888 @tindex ltpb
18889 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
18890 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
18891 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
18892 probability that an event will occur @var{x} or more times out
18893 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
18894 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
18895 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
18896
18897 The other probability distribution functions similarly take the
18898 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
18899 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
18900 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
18901 the random variable first, then whatever other parameters define the
18902 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
18903 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
18904 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
18905 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
18906 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
18907 recover the original arguments but substitute a new value for @cite{x}.)
18908
18909 @kindex k C
18910 @pindex calc-utpc
18911 @tindex utpc
18912 @c @mindex @idots
18913 @kindex I k C
18914 @c @mindex @null
18915 @tindex ltpc
18916 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
18917 @c{$\nu$}
18918 @cite{v} degrees of freedom.  It is the probability that a model is
18919 correct if its chi-square statistic is @cite{x}.
18920
18921 @kindex k F
18922 @pindex calc-utpf
18923 @tindex utpf
18924 @c @mindex @idots
18925 @kindex I k F
18926 @c @mindex @null
18927 @tindex ltpf
18928 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
18929 various statistical tests.  The parameters @c{$\nu_1$}
18930 @cite{v1} and @c{$\nu_2$}
18931 @cite{v2}
18932 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
18933 respectively, used in computing the statistic @cite{F}.
18934
18935 @kindex k N
18936 @pindex calc-utpn
18937 @tindex utpn
18938 @c @mindex @idots
18939 @kindex I k N
18940 @c @mindex @null
18941 @tindex ltpn
18942 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
18943 with mean @cite{m} and standard deviation @c{$\sigma$}
18944 @cite{s}.  It is the
18945 probability that such a normal-distributed random variable would
18946 exceed @cite{x}.
18947
18948 @kindex k P
18949 @pindex calc-utpp
18950 @tindex utpp
18951 @c @mindex @idots
18952 @kindex I k P
18953 @c @mindex @null
18954 @tindex ltpp
18955 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
18956 mean @cite{x}.  It is the probability that @cite{n} or more such
18957 Poisson random events will occur.
18958
18959 @kindex k T
18960 @pindex calc-ltpt
18961 @tindex utpt
18962 @c @mindex @idots
18963 @kindex I k T
18964 @c @mindex @null
18965 @tindex ltpt
18966 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
18967 with @c{$\nu$}
18968 @cite{v} degrees of freedom.  It is the probability that a
18969 t-distributed random variable will be greater than @cite{t}.
18970 (Note:  This computes the distribution function @c{$A(t|\nu)$}
18971 @cite{A(t|v)}
18972 where @c{$A(0|\nu) = 1$}
18973 @cite{A(0|v) = 1} and @c{$A(\infty|\nu) \to 0$}
18974 @cite{A(inf|v) -> 0}.  The
18975 @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition
18976 which returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
18977
18978 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
18979 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
18980 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
18981 to be able to find a solution given any initial guess.
18982 @xref{Numerical Solutions}.
18983
18984 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
18985 @chapter Vector/Matrix Functions
18986
18987 @noindent
18988 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
18989 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
18990 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
18991 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
18992 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
18993
18994 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
18995 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
18996 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
18997 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
18998 vector of matrices, and so on.)
18999
19000 @menu
19001 * Packing and Unpacking::
19002 * Building Vectors::
19003 * Extracting Elements::
19004 * Manipulating Vectors::
19005 * Vector and Matrix Arithmetic::
19006 * Set Operations::
19007 * Statistical Operations::
19008 * Reducing and Mapping::
19009 * Vector and Matrix Formats::
19010 @end menu
19011
19012 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19013 @section Packing and Unpacking
19014
19015 @noindent
19016 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19017 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19018 described in this chapter because they are most often used to build
19019 vectors.
19020
19021 @kindex v p
19022 @pindex calc-pack
19023 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19024 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19025 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19026 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19027 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19028 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19029 five stack elements and push back a single vector of those five
19030 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19031
19032 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19033 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19034 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19035 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19036
19037 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19038
19039 @table @cite
19040 @item -1
19041 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19042 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19043 @cite{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19044 number.  The two input values must both be real numbers,
19045 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19046 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19047 other packing modes also create a symbolic answer if the
19048 components are not suitable.)
19049
19050 @item -2
19051 Two values are collected to build a polar complex number.
19052 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19053 in either degrees or radians according to the current angular
19054 mode.
19055
19056 @item -3
19057 Three values are collected into an HMS form.  The first
19058 two values (hours and minutes) must be integers or
19059 integer-valued floats.  The third value may be any real
19060 number.
19061
19062 @item -4
19063 Two values are collected into an error form.  The inputs
19064 may be real numbers or formulas.
19065
19066 @item -5
19067 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19068 must be real numbers.
19069
19070 @item -6
19071 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19072 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19073
19074 @item -7
19075 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19076
19077 @item -8
19078 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19079
19080 @item -9
19081 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19082
19083 @item -10
19084 Two integer values are collected into a fraction.
19085
19086 @item -11
19087 Two values are collected into a floating-point number.
19088 The first is the mantissa; the second, which must be an
19089 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19090 times ten to the power of the exponent.
19091
19092 @item -12
19093 This is treated the same as @i{-11} by the @kbd{v p} command.
19094 When unpacking, @i{-12} specifies that a floating-point mantissa
19095 is desired.
19096
19097 @item -13
19098 A real number is converted into a date form.
19099
19100 @item -14
19101 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19102
19103 @item -15
19104 Six numbers are packed into a date/time form.
19105 @end table
19106
19107 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19108 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19109 length, the result is another vector made by packing corresponding
19110 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19111 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19112 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19113 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19114 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19115 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19116 numbers modulo @var{M}.
19117
19118 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19119 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19120 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19121 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19122 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19123
19124 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19125 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19126 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19127 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19128 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19129
19130 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19131 packing are done at that level as described above.  For
19132 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19133 @c{$2\times3$}
19134 @asis{2x3} matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19135 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19136 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19137
19138 @c @starindex
19139 @tindex pack
19140 There is an equivalent algebraic function,
19141 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19142 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19143 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19144 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19145 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19146 left in symbolic form if the packing mode is illegal, or if the
19147 number of data items does not match the number of items required
19148 by the mode.
19149
19150 @kindex v u
19151 @pindex calc-unpack
19152 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19153 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19154 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19155 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19156 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19157 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19158
19159 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19160 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19161 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19162 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19163 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19164 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19165 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19166
19167 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19168 not a vector.  For example, if the input is the number @i{-5}, then
19169 @kbd{c-u -1 v u} yields @i{-5} and 0 (the components of @i{-5}
19170 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19171 and 180 (assuming degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @i{-5}
19172 and 1 (the numerator and denominator of @i{-5}, viewed as a rational
19173 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19174 is not a composite object.
19175
19176 Unpacking mode @i{-11} converts a float into an integer mantissa and
19177 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19178 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19179 Unpacking mode @i{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19180 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19181 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19182 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19183 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19184
19185 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19186 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19187 except that in addition to the components of the input object,
19188 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19189 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19190 original object.
19191
19192 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19193 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19194 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19195 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19196
19197 @c @starindex
19198 @tindex unpack
19199 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19200 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19201 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19202 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19203 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19204 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19205
19206 @c @starindex
19207 @tindex unpackt
19208 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19209 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19210 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19211 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19212 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19213 The identity for re-building the original object is
19214 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19215 @code{apply} function builds a function call given the function
19216 name and a vector of arguments.)
19217
19218 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19219 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19220 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19221 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19222
19223 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19224 @section Building Vectors
19225
19226 @noindent
19227 Vectors and matrices can be added,
19228 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.@refill
19229
19230 @kindex |
19231 @pindex calc-concat
19232 @c @mindex @null
19233 @tindex |
19234 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) command ``concatenates'' two vectors
19235 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19236 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19237 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19238 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19239 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19240
19241 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19242 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19243 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19244 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19245 one-row matrix.
19246
19247 @kindex H |
19248 @tindex append
19249 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19250 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19251 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19252 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19253 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19254
19255 @kindex I |
19256 @kindex H I |
19257 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19258 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19259 to @kbd{TAB |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19260
19261 @kindex v d
19262 @pindex calc-diag
19263 @tindex diag
19264 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19265 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19266 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19267 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19268 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19269 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19270 the prefix argument is required.
19271
19272 To build a constant square matrix, e.g., a @c{$3\times3$}
19273 @asis{3x3} matrix filled with ones,
19274 use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero matrix first and then add a
19275 constant value to that matrix.  (Another alternative would be to use
19276 @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19277
19278 @kindex v i
19279 @pindex calc-ident
19280 @tindex idn
19281 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19282 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19283 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19284 this command prompts for one.
19285
19286 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19287 except that @cite{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19288 If @cite{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @cite{a} times an
19289 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19290 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19291 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19292 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19293 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19294 Note that in dimensioned matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19295 identity matrices are immediately expanded to the current default
19296 dimensions.
19297
19298 @kindex v x
19299 @pindex calc-index
19300 @tindex index
19301 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19302 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19303 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19304 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19305 is a vector of negative integers from @var{n} to @i{-1}.
19306
19307 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19308 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19309 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19310 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19311 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19312 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19313 of numbers or formulas.
19314
19315 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19316 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19317 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19318 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19319 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19320 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19321
19322 @kindex v b
19323 @pindex calc-build-vector
19324 @tindex cvec
19325 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19326 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19327 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19328 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19329 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19330 to build a matrix of copies of that row.)
19331
19332 @kindex v h
19333 @kindex I v h
19334 @pindex calc-head
19335 @pindex calc-tail
19336 @tindex head
19337 @tindex tail
19338 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19339 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19340 function returns the vector with its first element removed.  In both
19341 cases, the argument must be a non-empty vector.
19342
19343 @kindex v k
19344 @pindex calc-cons
19345 @tindex cons
19346 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19347 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19348 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19349 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19350 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19351
19352 @kindex H v h
19353 @tindex rhead
19354 @c @mindex @idots
19355 @kindex H I v h
19356 @c @mindex @null
19357 @kindex H v k
19358 @c @mindex @null
19359 @tindex rtail
19360 @c @mindex @null
19361 @tindex rcons
19362 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19363 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19364 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19365 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19366 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19367 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19368 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19369
19370 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19371 @section Extracting Vector Elements
19372
19373 @noindent
19374 @kindex v r
19375 @pindex calc-mrow
19376 @tindex mrow
19377 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19378 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19379 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19380 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19381 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19382 form of a vector or scalar, respectively.
19383
19384 @cindex Permutations, applying
19385 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19386 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19387 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19388 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19389 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19390 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19391
19392 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19393 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19394 submatrix is returned.
19395
19396 @cindex Subscript notation
19397 @kindex a _
19398 @pindex calc-subscript
19399 @tindex subscr
19400 @tindex _
19401 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19402 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19403 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @cite{x}, @cite{y}, or @cite{z} if
19404 @cite{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
19405 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
19406 access the element at row @cite{i}, column @cite{j} of a matrix.
19407 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
19408 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
19409 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
19410 purely as an algebraic notation.)
19411
19412 @tindex mrrow
19413 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
19414 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
19415 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
19416 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
19417 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
19418
19419 @tindex getdiag
19420 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
19421 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
19422 function is called @code{getdiag}.
19423
19424 @kindex v c
19425 @pindex calc-mcol
19426 @tindex mcol
19427 @tindex mrcol
19428 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
19429 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
19430 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
19431 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
19432 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
19433 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).@refill
19434
19435 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
19436 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
19437 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
19438 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @cite{i}, column @cite{j}
19439 of matrix @cite{m}.
19440
19441 @kindex v s
19442 @pindex calc-subvector
19443 @tindex subvec
19444 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
19445 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
19446 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
19447 position.  The starting index indicates the first element of the vector
19448 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
19449 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
19450 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
19451 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
19452
19453 If either the start or the end index is zero or negative, it is
19454 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
19455 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
19456 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
19457 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
19458 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
19459 has this effect when used as the ending index.
19460
19461 @kindex I v s
19462 @tindex rsubvec
19463 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
19464 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
19465 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
19466 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
19467 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
19468
19469 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
19470 vectors one element at a time.
19471
19472 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
19473 @section Manipulating Vectors
19474
19475 @noindent
19476 @kindex v l
19477 @pindex calc-vlength
19478 @tindex vlen
19479 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
19480 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
19481 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
19482 command.@refill
19483
19484 @kindex H v l
19485 @tindex mdims
19486 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
19487 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
19488 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
19489 its argument is a @c{$2\times3$}
19490 @asis{2x3} matrix.
19491
19492 @kindex v f
19493 @pindex calc-vector-find
19494 @tindex find
19495 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
19496 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
19497 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
19498 If a match is found, the result is the index of the matching element.
19499 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
19500 allows you to select any starting index for the search.
19501
19502 @kindex v a
19503 @pindex calc-arrange-vector
19504 @tindex arrange
19505 @cindex Arranging a matrix
19506 @cindex Reshaping a matrix
19507 @cindex Flattening a matrix
19508 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
19509 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
19510 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
19511 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
19512 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
19513 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
19514 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
19515 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
19516 in the vector, the last row will be short and the result will not be
19517 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
19518 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
19519 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a @c{$1\times4$}
19520 @asis{1x4} matrix), @kbd{v a 1} produces
19521 @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a @c{$4\times1$}
19522 @asis{4x1} matrix), @kbd{v a 2} produces
19523 @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original @c{$2\times2$}
19524 @asis{2x2} matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces
19525 @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a matrix), and @kbd{v a 0} produces
19526 the flattened list @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
19527
19528 @cindex Sorting data
19529 @kindex V S
19530 @kindex I V S
19531 @pindex calc-sort
19532 @tindex sort
19533 @tindex rsort
19534 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
19535 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
19536 constant interval forms come first in this ordering; next come other
19537 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
19538 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
19539 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
19540 one vector is less or greater than another if the first corresponding
19541 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
19542 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
19543 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
19544 alphabetical order by this command.
19545
19546 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
19547
19548 @cindex Permutation, inverse of
19549 @cindex Inverse of permutation
19550 @cindex Index tables
19551 @cindex Rank tables
19552 @kindex V G
19553 @kindex I V G
19554 @pindex calc-grade
19555 @tindex grade
19556 @tindex rgrade
19557 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
19558 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
19559 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
19560 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
19561 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
19562 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
19563 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
19564 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
19565 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
19566 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
19567 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
19568 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
19569 table, just use @kbd{V G V G}.
19570
19571 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
19572 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
19573 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
19574 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
19575 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
19576 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
19577 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
19578 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
19579 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
19580 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
19581 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
19582
19583 @cindex Histograms
19584 @kindex V H
19585 @pindex calc-histogram
19586 @c @mindex histo@idots
19587 @tindex histogram
19588 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
19589 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
19590 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
19591 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
19592 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
19593 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
19594 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
19595 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
19596 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
19597 input vector.)
19598
19599 @kindex H V H
19600 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
19601 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
19602 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
19603 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
19604 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
19605 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
19606
19607 @kindex v t
19608 @pindex calc-transpose
19609 @tindex trn
19610 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
19611 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
19612 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
19613 a one-column matrix.
19614
19615 @kindex v v
19616 @pindex calc-reverse-vector
19617 @tindex rev
19618 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{vec}] command reverses
19619 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
19620 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
19621 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
19622 a matrix.)
19623
19624 @kindex v m
19625 @pindex calc-mask-vector
19626 @tindex vmask
19627 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
19628 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
19629 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
19630 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
19631 the same as the target vector, but with all elements which correspond
19632 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
19633 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
19634 @xref{Logical Operations}.
19635
19636 @kindex v e
19637 @pindex calc-expand-vector
19638 @tindex vexp
19639 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
19640 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
19641 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
19642 by successive elements from the target vector.  The length of the target
19643 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
19644 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
19645 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
19646 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
19647 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
19648
19649 @kindex H v e
19650 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
19651 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
19652 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
19653 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
19654 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
19655 then successive values are taken from it, so that the effect is to
19656 interleave two vectors according to the mask:
19657 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
19658 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
19659
19660 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
19661 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
19662 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
19663 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
19664 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
19665 masking using vectors.
19666
19667 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
19668 @section Vector and Matrix Arithmetic
19669
19670 @noindent
19671 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
19672 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
19673 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
19674 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
19675 @xref{Basic Arithmetic}.
19676
19677 The following functions are applied element-wise if their arguments are
19678 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
19679 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
19680 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.@refill
19681
19682 @kindex V J
19683 @pindex calc-conj-transpose
19684 @tindex ctrn
19685 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
19686 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
19687
19688 @c @mindex A
19689 @kindex A (vectors)
19690 @pindex calc-abs (vectors)
19691 @c @mindex abs
19692 @tindex abs (vectors)
19693 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
19694 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
19695 root of the sum of the squares of the absolute values of the
19696 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
19697 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
19698 from that point to the origin.@refill
19699
19700 @kindex v n
19701 @pindex calc-rnorm
19702 @tindex rnorm
19703 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes
19704 the row norm, or infinity-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19705 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.
19706 For a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums,
19707 i.e., of the sums of the absolute values of the elements along the
19708 various rows.
19709
19710 @kindex V N
19711 @pindex calc-cnorm
19712 @tindex cnorm
19713 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
19714 the column norm, or one-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19715 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
19716 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
19717 General @cite{k}-norms for @cite{k} other than one or infinity are
19718 not provided.
19719
19720 @kindex V C
19721 @pindex calc-cross
19722 @tindex cross
19723 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
19724 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
19725 exactly three elements.
19726
19727 @c @mindex &
19728 @kindex & (matrices)
19729 @pindex calc-inv (matrices)
19730 @c @mindex inv
19731 @tindex inv (matrices)
19732 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
19733 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
19734 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
19735 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
19736 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
19737 quickly in the future.
19738
19739 If the argument to @kbd{&} is a plain number @cite{x}, this
19740 command simply computes @cite{1/x}.  This is okay, because the
19741 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
19742 by a matrix.
19743
19744 @kindex V D
19745 @pindex calc-mdet
19746 @tindex det
19747 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
19748 determinant of a square matrix.
19749
19750 @kindex V L
19751 @pindex calc-mlud
19752 @tindex lud
19753 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
19754 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
19755 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
19756 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
19757 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
19758 and the third is upper-triangular.
19759
19760 @kindex V T
19761 @pindex calc-mtrace
19762 @tindex tr
19763 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
19764 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
19765 elements of the matrix.
19766
19767 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
19768 @section Set Operations using Vectors
19769
19770 @noindent
19771 @cindex Sets, as vectors
19772 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
19773 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
19774 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
19775 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
19776 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
19777 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
19778 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
19779 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
19780 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
19781 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
19782 the variables @samp{a} and @samp{b} both equalled 17, you might
19783 expect the answer @samp{[]}.
19784
19785 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
19786 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
19787 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
19788 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
19789 there are variables or other non-real objects present in a real set,
19790 all set operations on it will be left in unevaluated form.
19791
19792 If the input to a set operation is a plain number or interval form
19793 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
19794 The result is always a vector, except that if the set consists of a
19795 single interval, the interval itself is returned instead.
19796
19797 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
19798 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @cite{A}
19799 is a subset of the set @cite{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
19800
19801 @kindex V +
19802 @pindex calc-remove-duplicates
19803 @tindex rdup
19804 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
19805 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
19806 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
19807 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
19808 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
19809 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
19810 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
19811 them.
19812
19813 @kindex V V
19814 @pindex calc-set-union
19815 @tindex vunion
19816 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
19817 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
19818 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
19819 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
19820 then using @kbd{V +}.)
19821
19822 @kindex V ^
19823 @pindex calc-set-intersect
19824 @tindex vint
19825 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
19826 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
19827 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
19828 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
19829 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
19830 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
19831 notation for set union@c{ ($A \cup B$)}
19832 @asis{} and intersection@c{ ($A \cap B$)}
19833 @asis{}.
19834
19835 @kindex V -
19836 @pindex calc-set-difference
19837 @tindex vdiff
19838 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
19839 the difference between two sets.  An object is in the difference
19840 @cite{A - B} if and only if it is in @cite{A} but not in @cite{B}.
19841 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
19842 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
19843 as a general @dfn{set complement} operator; if @cite{A} is the set of
19844 all possible values, then @cite{A - B} is the ``complement'' of @cite{B}.
19845 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
19846 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
19847 enough to express in a few intervals).
19848
19849 @kindex V X
19850 @pindex calc-set-xor
19851 @tindex vxor
19852 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
19853 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
19854 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
19855 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
19856 occur in both sets ``cancel out.''
19857
19858 @kindex V ~
19859 @pindex calc-set-complement
19860 @tindex vcompl
19861 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
19862 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
19863 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
19864 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
19865 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
19866
19867 @kindex V F
19868 @pindex calc-set-floor
19869 @tindex vfloor
19870 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
19871 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
19872 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
19873 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
19874 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
19875 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
19876 the complement with respect to the set of integers you could type
19877 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
19878
19879 @kindex V E
19880 @pindex calc-set-enumerate
19881 @tindex venum
19882 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
19883 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
19884 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
19885 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
19886 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
19887
19888 @kindex V :
19889 @pindex calc-set-span
19890 @tindex vspan
19891 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
19892 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
19893 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
19894 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
19895 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
19896
19897 @kindex V #
19898 @pindex calc-set-cardinality
19899 @tindex vcard
19900 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
19901 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
19902 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
19903 more efficient than actually producing that vector.
19904
19905 @cindex Sets, as binary numbers
19906 Another representation for sets that may be more appropriate in some
19907 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
19908 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
19909 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
19910 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
19911 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
19912 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
19913 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
19914 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
19915 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
19916 convenient to you.
19917
19918 @kindex b p
19919 @kindex b u
19920 @pindex calc-pack-bits
19921 @pindex calc-unpack-bits
19922 @tindex vpack
19923 @tindex vunpack
19924 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
19925 converts an integer that represents a set in binary into a set
19926 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
19927 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
19928 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
19929 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
19930 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
19931 (binary) prefix key.
19932
19933 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
19934 converts the other way, from a vector or interval representing
19935 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
19936 the same set.  The set may include positive infinity, but must
19937 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
19938 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
19939 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
19940 representation (@c{$2^{100}$}
19941 @cite{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
19942
19943 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
19944 @section Statistical Operations on Vectors
19945
19946 @noindent
19947 @cindex Statistical functions
19948 The commands in this section take vectors as arguments and compute
19949 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
19950 references used in the definitions of these functions are Bevington's
19951 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
19952 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
19953 Vetterling.
19954
19955 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
19956 a shifted letter or other character.
19957
19958 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
19959 (@code{calc-histogram}).
19960
19961 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
19962 least-squares fits to statistical data.
19963
19964 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
19965 probability distribution functions.
19966
19967 @menu
19968 * Single-Variable Statistics::
19969 * Paired-Sample Statistics::
19970 @end menu
19971
19972 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
19973 @subsection Single-Variable Statistics
19974
19975 @noindent
19976 These functions do various statistical computations on single
19977 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
19978 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
19979 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
19980 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
19981 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
19982 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
19983
19984 If an argument is a variable name, and the value stored in that
19985 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
19986 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
19987 the slow process of manipulating it directly on the stack.
19988
19989 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
19990 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
19991 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
19992 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
19993 of the computation, based on the assumption that the formula does
19994 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
19995 error forms and interval forms are acceptable.
19996
19997 Some of the functions in this section also accept a single error form
19998 or interval as an argument.  They then describe a property of the
19999 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20000 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20001 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20002 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20003 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20004 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20005 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20006 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20007
20008 @kindex u #
20009 @pindex calc-vector-count
20010 @tindex vcount
20011 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20012 computes the number of data values represented by the inputs.
20013 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20014 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20015 simply computes the length of the vector.
20016
20017 @kindex u +
20018 @kindex u *
20019 @pindex calc-vector-sum
20020 @pindex calc-vector-prod
20021 @tindex vsum
20022 @tindex vprod
20023 @cindex Summations (statistical)
20024 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20025 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20026 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20027 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20028 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20029 (@pxref{Reducing and Mapping}).@refill
20030
20031 @kindex u X
20032 @kindex u N
20033 @pindex calc-vector-max
20034 @pindex calc-vector-min
20035 @tindex vmax
20036 @tindex vmin
20037 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20038 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20039 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20040 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20041 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20042 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20043 plus or minus infinity.
20044
20045 @kindex u M
20046 @pindex calc-vector-mean
20047 @tindex vmean
20048 @cindex Mean of data values
20049 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20050 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20051 If the inputs are error forms @c{$x$ @code{+/-} $\sigma$}
20052 @samp{x +/- s}, this is the weighted
20053 mean of the @cite{x} values with weights @c{$1 / \sigma^2$}
20054 @cite{1 / s^2}.
20055 @tex
20056 \turnoffactive
20057 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20058            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20059 @end tex
20060 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20061 values divided by the count of the values.@refill
20062
20063 Note that a plain number can be considered an error form with
20064 error @c{$\sigma = 0$}
20065 @cite{s = 0}.  If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20066 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20067 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20068 above definitions it's clear that a plain number effectively
20069 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20070 weight is completely negligible.)
20071
20072 This function also works for distributions (error forms or
20073 intervals).  The mean of an error form `@i{a} @t{+/-} @i{b}' is simply
20074 @cite{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20075 and maximum values of the interval.
20076
20077 @kindex I u M
20078 @pindex calc-vector-mean-error
20079 @tindex vmeane
20080 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20081 command computes the mean of the data points expressed as an
20082 error form.  This includes the estimated error associated with
20083 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20084 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20085 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20086 sum of the reciprocals of the variances.)
20087 @tex
20088 \turnoffactive
20089 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20090 @end tex
20091 If the inputs are plain
20092 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20093 divided by the square root of the number of values.  (This works
20094 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20095 then assuming each value's error is equal to this standard
20096 deviation.)@refill
20097 @tex
20098 \turnoffactive
20099 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20100 @end tex
20101
20102 @kindex H u M
20103 @pindex calc-vector-median
20104 @tindex vmedian
20105 @cindex Median of data values
20106 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20107 command computes the median of the data values.  The values are
20108 first sorted into numerical order; the median is the middle
20109 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20110 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20111 The median function is different from the other functions in
20112 this section in that the arguments must all be real numbers;
20113 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20114 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20115 any of the input values are error forms, their error parts are
20116 ignored.
20117
20118 The median function also accepts distributions.  For both normal
20119 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20120 the same as the mean.
20121
20122 @kindex H I u M
20123 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20124 @tindex vhmean
20125 @cindex Harmonic mean
20126 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20127 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20128 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20129 of the values.
20130 @tex
20131 \turnoffactive
20132 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20133 @end tex
20134
20135 @kindex u G
20136 @pindex calc-vector-geometric-mean
20137 @tindex vgmean
20138 @cindex Geometric mean
20139 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20140 command computes the geometric mean of the data values.  This
20141 is the @i{N}th root of the product of the values.  This is also
20142 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20143 of the data values.
20144 @tex
20145 \turnoffactive
20146 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20147    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20148 @end tex
20149
20150 @kindex H u G
20151 @tindex agmean
20152 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20153 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20154 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20155 mean, then repeating until the two values converge.
20156 @tex
20157 \turnoffactive
20158 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20159 @end tex
20160
20161 @cindex Root-mean-square
20162 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20163 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20164
20165 @kindex u S
20166 @pindex calc-vector-sdev
20167 @tindex vsdev
20168 @cindex Standard deviation
20169 @cindex Sample statistics
20170 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20171 computes the standard deviation@c{ $\sigma$}
20172 @asis{} of the data values.  If the
20173 values are error forms, the errors are used as weights just
20174 as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard deviation,
20175 whose value is the square root of the sum of the squares of the
20176 differences between the values and the mean of the @cite{N} values,
20177 divided by @cite{N-1}.
20178 @tex
20179 \turnoffactive
20180 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20181 @end tex
20182
20183 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20184 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20185 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20186 limits, divided by @c{$\sqrt{12}$}
20187 @cite{sqrt(12)}.  The standard deviation of an
20188 integer interval is the same as the standard deviation of a vector
20189 of those integers.
20190
20191 @kindex I u S
20192 @pindex calc-vector-pop-sdev
20193 @tindex vpsdev
20194 @cindex Population statistics
20195 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20196 command computes the @emph{population} standard deviation.
20197 It is defined by the same formula as above but dividing
20198 by @cite{N} instead of by @cite{N-1}.  The population standard
20199 deviation is used when the input represents the entire set of
20200 data values in the distribution; the sample standard deviation
20201 is used when the input represents a sample of the set of all
20202 data values, so that the mean computed from the input is itself
20203 only an estimate of the true mean.
20204 @tex
20205 \turnoffactive
20206 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20207 @end tex
20208
20209 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20210 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20211 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20212
20213 @kindex H u S
20214 @kindex H I u S
20215 @pindex calc-vector-variance
20216 @pindex calc-vector-pop-variance
20217 @tindex vvar
20218 @tindex vpvar
20219 @cindex Variance of data values
20220 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20221 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20222 commands compute the variance of the data values.  The variance
20223 is the square@c{ $\sigma^2$}
20224 @asis{} of the standard deviation, i.e., the sum of the
20225 squares of the deviations of the data values from the mean.
20226 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20227
20228 @c @starindex
20229 @tindex vflat
20230 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20231 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20232 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20233 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20234
20235 @node Paired-Sample Statistics, , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20236 @subsection Paired-Sample Statistics
20237
20238 @noindent
20239 The functions in this section take two arguments, which must be
20240 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20241 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20242 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20243 the stack, which must be an @c{$N\times2$}
20244 @asis{Nx2} matrix of data values.  Once
20245 again, variable names can be used in place of actual vectors and
20246 matrices.
20247
20248 @kindex u C
20249 @pindex calc-vector-covariance
20250 @tindex vcov
20251 @cindex Covariance
20252 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20253 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20254 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20255 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20256 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20257 and the mean of @var{y}, all divided by @cite{N-1}.  Note that
20258 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20259 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20260 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20261 are composed of error forms, the error for a given data point
20262 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20263 input errors.
20264 @tex
20265 \turnoffactive
20266 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20267 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20268     {\displaystyle {1 \over N-1}
20269                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20270      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20271 $$
20272 @end tex
20273
20274 @kindex I u C
20275 @pindex calc-vector-pop-covariance
20276 @tindex vpcov
20277 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20278 command computes the population covariance, which is the same as the
20279 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @cite{N}
20280 instead of @cite{N-1}.
20281
20282 @kindex H u C
20283 @pindex calc-vector-correlation
20284 @tindex vcorr
20285 @cindex Correlation coefficient
20286 @cindex Linear correlation
20287 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20288 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20289 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20290 product of their standard deviations.  (There is no difference
20291 between sample or population statistics here.)
20292 @tex
20293 \turnoffactive
20294 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20295 @end tex
20296
20297 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20298 @section Reducing and Mapping Vectors
20299
20300 @noindent
20301 The commands in this section allow for more general operations on the
20302 elements of vectors.
20303
20304 @kindex V A
20305 @pindex calc-apply
20306 @tindex apply
20307 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20308 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20309 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20310 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20311 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20312 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20313 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20314
20315 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20316 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20317
20318 @menu
20319 * Specifying Operators::
20320 * Mapping::
20321 * Reducing::
20322 * Nesting and Fixed Points::
20323 * Generalized Products::
20324 @end menu
20325
20326 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20327 @subsection Specifying Operators
20328
20329 @noindent
20330 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20331 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20332 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20333 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20334 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20335 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20336 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20337 element as its argument.)
20338
20339 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20340 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20341 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20342 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20343 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20344 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20345 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20346 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20347 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20348 @kbd{V M 3 x f RET} calls @code{f} with three arguments even if it
20349 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20350 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20351 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20352 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20353 type @kbd{V M 3 v e}.
20354
20355 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20356 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20357 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20358 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20359 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20360 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20361 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20362 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20363 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20364 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20365
20366 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20367 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20368 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20369 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20370 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20371 entry interacts with the stack.)
20372
20373 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
20374 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
20375 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
20376 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
20377 prompted for an argument list.
20378
20379 @cindex Nameless functions
20380 @cindex Generic functions
20381 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
20382 which means ``a function of two arguments that computes the first
20383 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
20384 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
20385 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
20386 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ RET},
20387 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
20388 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x RET RET},
20389 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
20390 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
20391 can get it back later if you wish.
20392
20393 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
20394 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
20395 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
20396 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
20397 begins with a list of variables followed by a colon.)
20398
20399 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
20400 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
20401 argument list in this case, since the nameless function specifies the
20402 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
20403 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
20404 so that @kbd{V A ' #1+#2 RET} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> RET},
20405 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ RET}.
20406
20407 @cindex Lambda expressions
20408 @c @starindex
20409 @tindex lambda
20410 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
20411 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
20412 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
20413 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
20414 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
20415 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
20416 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
20417
20418 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
20419 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
20420 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
20421 called.)
20422
20423 @tindex add
20424 @tindex sub
20425 @c @mindex @idots
20426 @tindex mul
20427 @c @mindex @null
20428 @tindex div
20429 @c @mindex @null
20430 @tindex pow
20431 @c @mindex @null
20432 @tindex neg
20433 @c @mindex @null
20434 @tindex mod
20435 @c @mindex @null
20436 @tindex vconcat
20437 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
20438 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
20439 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
20440 and is either a variable whose name is the same as the function name,
20441 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
20442 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
20443 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
20444 @code{vconcat}.@refill
20445
20446 @c @starindex
20447 @tindex call
20448 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
20449 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
20450 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
20451 like the other functions described here, may be either a variable naming a
20452 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
20453 as @samp{x + 2y}).
20454
20455 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
20456 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
20457 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
20458 automatically makes this translation, so you don't have to worry
20459 about it.)
20460
20461 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
20462 @subsection Mapping
20463
20464 @noindent
20465 @kindex V M
20466 @pindex calc-map
20467 @tindex map
20468 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
20469 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
20470 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
20471 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
20472 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
20473 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
20474 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
20475 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
20476 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
20477 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
20478 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
20479 be prompted for the number of arguments to use.@refill
20480
20481 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
20482 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
20483 @cite{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
20484 produce another @c{$3\times2$}
20485 @asis{3x2} matrix, @cite{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
20486
20487 @tindex mapr
20488 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
20489 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
20490 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
20491 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
20492 namely @cite{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
20493 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
20494 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
20495 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
20496 of the matrix to get a new matrix, @cite{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
20497
20498 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
20499 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
20500 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
20501 their individual elements.
20502
20503 @tindex mapc
20504 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
20505 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
20506 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
20507 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
20508 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
20509 @cite{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
20510
20511 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
20512 and column-like appearances, and were not already taken by useful
20513 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
20514 to type after @kbd{V M}.)
20515
20516 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
20517 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
20518 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
20519 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
20520 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
20521 a vector takes a dot product of the vector with itself).
20522
20523 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
20524 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
20525 arguments, those vectors are also held constant for every row or
20526 column.
20527
20528 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
20529 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
20530 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
20531 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
20532 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
20533 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
20534 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
20535 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
20536 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
20537 mapped over the elements of each row.)
20538
20539 @tindex mapa
20540 @tindex mapd
20541 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
20542 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
20543 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
20544 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
20545 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
20546 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
20547 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
20548 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
20549
20550 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
20551 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
20552 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
20553 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
20554
20555 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
20556 @subsection Reducing
20557
20558 @noindent
20559 @kindex V R
20560 @pindex calc-reduce
20561 @tindex reduce
20562 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
20563 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
20564 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
20565 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
20566 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
20567 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
20568 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
20569 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
20570
20571 @kindex I V R
20572 @tindex rreduce
20573 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
20574 that works from right to left through the vector.  For example, plain
20575 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
20576 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
20577 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
20578 in power series expansions.
20579
20580 @kindex V U
20581 @tindex accum
20582 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
20583 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
20584 operation, but instead of producing only the final result, it produces
20585 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
20586 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
20587 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
20588
20589 @kindex I V U
20590 @tindex raccum
20591 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
20592 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
20593 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
20594
20595 @tindex reducea
20596 @tindex rreducea
20597 @tindex reduced
20598 @tindex rreduced
20599 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
20600 example, given the matrix @cite{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
20601 compute @cite{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
20602 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
20603 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
20604 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
20605 matrix would produce @cite{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
20606 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @cite{[a + d,
20607 b + e, c + f]}.
20608
20609 @tindex reducer
20610 @tindex rreducer
20611 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
20612 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
20613 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
20614 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
20615 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
20616 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
20617 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
20618
20619 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
20620 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
20621
20622 @tindex reducec
20623 @tindex rreducec
20624 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
20625 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
20626
20627 The commands @kbd{M-# :} and @kbd{M-# _} are equivalent to typing
20628 @kbd{M-# r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
20629 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
20630 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
20631
20632 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
20633 @subsection Nesting and Fixed Points
20634
20635 @noindent
20636 @kindex H V R
20637 @tindex nest
20638 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
20639 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
20640 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
20641 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
20642 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
20643 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
20644 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
20645
20646 @kindex H V U
20647 @tindex anest
20648 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
20649 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
20650 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
20651 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
20652 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
20653
20654 @kindex H I V R
20655 @tindex fixp
20656 @cindex Fixed points
20657 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
20658 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
20659 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
20660 no longer changes.
20661
20662 @kindex H I V U
20663 @tindex afixp
20664 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
20665 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
20666 the last element will be the final result that would have been returned
20667 by @code{fixp}.
20668
20669 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
20670 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
20671 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
20672 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
20673 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
20674 to converge to 0.739085.)
20675
20676 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
20677 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
20678 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
20679 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
20680 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 RET} quickly yields the result
20681 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
20682 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
20683
20684 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
20685 the function until two successive results are equal to within the
20686 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
20687 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
20688 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
20689 applied until two successive results are exactly the same formula.
20690 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
20691 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
20692
20693 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
20694 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
20695 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
20696 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
20697 specified, all results during the calculation must be numbers, not
20698 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
20699 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
20700 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
20701 exactly equal.)
20702
20703 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
20704 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
20705 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
20706 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
20707
20708 @node Generalized Products, , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
20709 @subsection Generalized Products
20710
20711 @kindex V O
20712 @pindex calc-outer-product
20713 @tindex outer
20714 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
20715 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
20716 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
20717 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
20718 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
20719 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
20720 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
20721
20722 @kindex V I
20723 @pindex calc-inner-product
20724 @tindex inner
20725 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
20726 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
20727 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
20728 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
20729 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
20730 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
20731 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
20732 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
20733 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
20734 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
20735 generalized dot product.
20736
20737 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
20738 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
20739 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
20740 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
20741 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
20742
20743 @node Vector and Matrix Formats, , Reducing and Mapping, Matrix Functions
20744 @section Vector and Matrix Display Formats
20745
20746 @noindent
20747 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
20748 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
20749 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
20750 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
20751 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
20752 @pxref{Normal Language Modes}.
20753
20754 @kindex V <
20755 @pindex calc-matrix-left-justify
20756 @kindex V =
20757 @pindex calc-matrix-center-justify
20758 @kindex V >
20759 @pindex calc-matrix-right-justify
20760 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
20761 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
20762 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
20763 are justified to the left, right, or center of their columns.@refill
20764
20765 @kindex V [
20766 @pindex calc-vector-brackets
20767 @kindex V @{
20768 @pindex calc-vector-braces
20769 @kindex V (
20770 @pindex calc-vector-parens
20771 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
20772 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
20773 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
20774 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
20775 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
20776 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
20777 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
20778 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
20779 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
20780 and parentheses may never be used for this purpose.@refill
20781
20782 @kindex V ]
20783 @pindex calc-matrix-brackets
20784 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
20785 ``big'' style display of matrices.  It prompts for a string of code
20786 letters; currently implemented letters are @code{R}, which enables
20787 brackets on each row of the matrix; @code{O}, which enables outer
20788 brackets in opposite corners of the matrix; and @code{C}, which
20789 enables commas or semicolons at the ends of all rows but the last.
20790 The default format is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format
20791 was fixed at @samp{ROC}.)  Here are some example matrices:
20792
20793 @group
20794 @example
20795 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
20796   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
20797   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
20798
20799          RO                        ROC
20800
20801 @end example
20802 @end group
20803 @noindent
20804 @group
20805 @example
20806   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
20807      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
20808      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
20809
20810           O                        OC
20811
20812 @end example
20813 @end group
20814 @noindent
20815 @group
20816 @example
20817   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
20818   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
20819   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
20820
20821           R                       @r{blank}
20822 @end example
20823 @end group
20824
20825 @noindent
20826 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
20827 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
20828 the others are useful for display only.
20829
20830 @kindex V ,
20831 @pindex calc-vector-commas
20832 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
20833 off in vector and matrix display.@refill
20834
20835 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
20836 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
20837 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
20838 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
20839 variables with commas turned off.  Calc will display the former
20840 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
20841 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
20842 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
20843 give to @kbd{v ]} (as described above).
20844
20845 @kindex V .
20846 @pindex calc-full-vectors
20847 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
20848 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
20849 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
20850 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
20851 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
20852 When very large vectors are involved this will substantially
20853 improve Calc's display speed.
20854
20855 @kindex t .
20856 @pindex calc-full-trail-vectors
20857 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
20858 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
20859 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
20860 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
20861 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
20862 unable to recover those vectors.  If you are working with very
20863 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
20864 that involve the trail.
20865
20866 @kindex V /
20867 @pindex calc-break-vectors
20868 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
20869 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
20870 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
20871 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
20872 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
20873 vectors will still use the normal linear form.
20874
20875 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
20876 @chapter Algebra
20877
20878 @noindent
20879 This section covers the Calc features that help you work with
20880 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
20881 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
20882 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
20883 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
20884 is discussed.
20885
20886 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
20887 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
20888 for anything else'') prefix.
20889
20890 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
20891 using regular Emacs editing commands.@refill
20892
20893 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
20894 modes to be helpful, including algebraic-simplification mode (@kbd{m A})
20895 or no-simplification mode (@kbd{m O}),
20896 algebraic-entry mode (@kbd{m a}), fraction mode (@kbd{m f}), and
20897 symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
20898 of these modes.  You may also wish to select ``big'' display mode (@kbd{d B}).
20899 @xref{Normal Language Modes}.@refill
20900
20901 @menu
20902 * Selecting Subformulas::
20903 * Algebraic Manipulation::
20904 * Simplifying Formulas::
20905 * Polynomials::
20906 * Calculus::
20907 * Solving Equations::
20908 * Numerical Solutions::
20909 * Curve Fitting::
20910 * Summations::
20911 * Logical Operations::
20912 * Rewrite Rules::
20913 @end menu
20914
20915 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
20916 @section Selecting Sub-Formulas
20917
20918 @noindent
20919 @cindex Selections
20920 @cindex Sub-formulas
20921 @cindex Parts of formulas
20922 When working with an algebraic formula it is often necessary to
20923 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
20924 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
20925 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
20926 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
20927 surrounding part of the stack entry alone.
20928
20929 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
20930 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
20931 ``sub-formula'' of the vector.
20932
20933 @menu
20934 * Making Selections::
20935 * Changing Selections::
20936 * Displaying Selections::
20937 * Operating on Selections::
20938 * Rearranging with Selections::
20939 @end menu
20940
20941 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
20942 @subsection Making Selections
20943
20944 @noindent
20945 @kindex j s
20946 @pindex calc-select-here
20947 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
20948 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
20949 highlight the smallest portion of the formula that contains that
20950 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
20951 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
20952 display mode but is perhaps easiest in ``big'' (@kbd{d B}) mode.
20953 Suppose you enter the following formula:
20954
20955 @group
20956 @smallexample
20957            3    ___
20958     (a + b)  + V c
20959 1:  ---------------
20960         2 x + 1
20961 @end smallexample
20962 @end group
20963
20964 @noindent
20965 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
20966 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
20967 to
20968
20969 @group
20970 @smallexample
20971            .    ...
20972     .. . b.  . . .
20973 1*  ...............
20974         . . . .
20975 @end smallexample
20976 @end group
20977
20978 @noindent
20979 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
20980 to a dot.  The @samp{*} next to the line number is to remind you that
20981 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
20982 obvious, but it might not always be.  If Embedded Mode is enabled,
20983 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
20984 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
20985
20986 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
20987 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
20988
20989 @group
20990 @smallexample
20991            .    ...
20992     (a + b)  . . .
20993 1*  ...............
20994         . . . .
20995 @end smallexample
20996 @end group
20997
20998 @noindent
20999 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21000 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21001 formula that it encloses.  Putting the cursor on the @samp{+} sign
21002 would have had the same effect.
21003
21004 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21005 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21006 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21007 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21008
21009 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21010 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21011 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21012 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21013 and so on.
21014
21015 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21016 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21017
21018 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21019 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21020 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21021 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21022 cursor on any stack entry.
21023
21024 @kindex j a
21025 @pindex calc-select-additional
21026 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21027 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21028 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21029 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21030 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21031 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21032
21033 @kindex j o
21034 @pindex calc-select-once
21035 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21036 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21037 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21038 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21039 by the cursor.
21040
21041 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21042 such that the next command involving selected stack entries will clear
21043 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21044 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21045
21046 @kindex j S
21047 @kindex j O
21048 @pindex calc-select-here-maybe
21049 @pindex calc-select-once-maybe
21050 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21051 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21052 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21053 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21054 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21055 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21056 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21057 commands.@refill
21058
21059 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21060 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21061 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21062 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21063 entire four-term sum.
21064
21065 @kindex j b
21066 @pindex calc-break-selections
21067 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21068 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21069 through.  Calc actually stores the above formulas as @samp{((a + b) - c) + d}
21070 and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain obscure reasons, Calc
21071 treats multiplication as right-associative.)  Once you have enabled
21072 @kbd{j b} mode, selecting with the cursor on the @samp{-} sign would
21073 only select the @samp{a + b - c} portion, which makes sense when the
21074 deep structure of the sum is considered.  There is no way to select
21075 the @samp{b - c + d} portion; although this might initially look
21076 like just as legitimate a sub-formula as @samp{a + b - c}, the deep
21077 structure shows that it isn't.  The @kbd{d U} command can be used
21078 to view the deep structure of any formula (@pxref{Normal Language Modes}).
21079
21080 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21081 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21082 you get.
21083
21084 @kindex j u
21085 @pindex calc-unselect
21086 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21087 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21088 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21089 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21090 position.
21091
21092 @kindex j c
21093 @pindex calc-clear-selections
21094 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21095 stack elements.
21096
21097 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21098 @subsection Changing Selections
21099
21100 @noindent
21101 @kindex j m
21102 @pindex calc-select-more
21103 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21104 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21105 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21106
21107 @group
21108 @smallexample
21109            3    ...                3    ___                3    ___
21110     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21111 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21112         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21113 @end smallexample
21114 @end group
21115
21116 @noindent
21117 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21118 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21119 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21120
21121 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21122 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21123 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21124 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21125 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21126
21127 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21128 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21129 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21130 is not on any stack element operates on the top stack element.
21131
21132 @kindex j l
21133 @pindex calc-select-less
21134 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21135 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21136 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21137 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21138 current selection, the command de-selects the formula.
21139
21140 @kindex j 1-9
21141 @pindex calc-select-part
21142 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21143 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21144 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21145 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21146 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21147 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21148 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21149 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21150
21151 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21152 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21153 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21154 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21155 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.@refill
21156
21157 @kindex j n
21158 @kindex j p
21159 @pindex calc-select-next
21160 @pindex calc-select-previous
21161 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21162 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21163 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21164 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21165 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21166 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21167 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21168 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21169 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21170 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21171
21172 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21173 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21174 arguments to move several steps at a time.
21175
21176 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21177 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21178 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21179 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21180 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21181 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21182 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21183 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21184 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21185
21186 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21187 @subsection Displaying Selections
21188
21189 @noindent
21190 @kindex j d
21191 @pindex calc-show-selections
21192 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21193 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21194 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21195 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21196 by @samp{#} signs:
21197
21198 @group
21199 @smallexample
21200            3    ...                  #    ___
21201     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21202 1*  ...............       1*  ---------------
21203         . . . .                   2 x + 1
21204 @end smallexample
21205 @end group
21206
21207 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21208 @subsection Operating on Selections
21209
21210 @noindent
21211 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21212 on the stack will operate on the selected portions of the items
21213 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21214 at once, though there can be only one selection at a time in any
21215 given stack element.)
21216
21217 @kindex j e
21218 @pindex calc-enable-selections
21219 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21220 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21221 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21222 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21223 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21224 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21225
21226 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21227 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21228 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21229 element.
21230
21231 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21232 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21233 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21234 the selected portion of the formula, returning the old selected
21235 portion to the top of the stack.
21236
21237 @group
21238 @smallexample
21239            3    ...                    ...                    ___
21240     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21241 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21242         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21243
21244                                     3                      3
21245 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21246 @end smallexample
21247 @end group
21248
21249 In this example we select a sub-formula of our original example,
21250 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21251 the complete, edited formula.
21252
21253 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21254 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21255
21256 @kindex j '
21257 @pindex calc-enter-selection
21258 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21259 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21260 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21261 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21262 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21263 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21264 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21265 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21266 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21267
21268 @kindex j `
21269 @pindex calc-edit-selection
21270 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21271 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21272 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21273 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21274
21275 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21276 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21277 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21278 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21279
21280 @group
21281 @smallexample
21282               ###
21283     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21284 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21285        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21286 @end smallexample
21287 @end group
21288
21289 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21290 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21291 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21292 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21293 and resimplifies.
21294
21295 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21296 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21297 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21298
21299 @kindex j DEL
21300 @pindex calc-del-selection
21301 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21302 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21303 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21304 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21305 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21306
21307 @kindex j RET
21308 @pindex calc-grab-selection
21309 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21310 command.)
21311
21312 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21313 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21314 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21315 press @kbd{Q} to take the square root.
21316
21317 @group
21318 @smallexample
21319      .. .           .. .           .. .             .. .
21320 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21321     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21322                                                  V 4 - 2 x
21323 @end smallexample
21324 @end group
21325
21326 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21327 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21328 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21329 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21330 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21331 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21332 the command will abort with an error message.
21333
21334 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21335 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21336 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21337 (@code{calc-change-sign}).@refill
21338
21339 @group
21340 @smallexample
21341        .. .                .. .
21342 1*  ..........      1*  ...........
21343      .........           ..........
21344     . . . 2 x           . . . -2 x
21345 @end smallexample
21346 @end group
21347
21348 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21349 normally have cancelled out with the subtraction automatically, has
21350 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21351 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21352 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21353 to be simplified.
21354
21355 @group
21356 @smallexample
21357        17 y                17 y
21358 1:  -----------     1:  ----------
21359      __________          _________
21360     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
21361 @end smallexample
21362 @end group
21363
21364 @node Rearranging with Selections, , Operating on Selections, Selecting Subformulas
21365 @subsection Rearranging Formulas using Selections
21366
21367 @noindent
21368 @kindex j R
21369 @pindex calc-commute-right
21370 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
21371 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
21372 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
21373 rearranged according to the commutative laws of algebra.
21374
21375 As with @kbd{j '} and @kbd{j DEL}, the term under the cursor is used
21376 if there is no selection in the current formula.  All commands described
21377 in this section share this property.  In this example, we place the
21378 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
21379
21380 @smallexample
21381 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
21382 @end smallexample
21383
21384 @noindent
21385 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
21386 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
21387 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
21388 mathematical meaning of the formula.
21389
21390 The selected term may also be an element of a vector or an argument
21391 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
21392 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
21393 course be drastically changed.
21394
21395 @smallexample
21396 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
21397
21398 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
21399 @end smallexample
21400
21401 @kindex j L
21402 @pindex calc-commute-left
21403 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
21404 except that it swaps the selected term with the one to its left.
21405
21406 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
21407 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
21408 term left or right past the end of its enclosing formula.
21409 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
21410 selected term as far as possible in the given direction.
21411
21412 @kindex j D
21413 @pindex calc-sel-distribute
21414 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
21415 sum or product into the surrounding formula using the distributive
21416 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
21417 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
21418 products or quotients into surrounding powers, and can also do
21419 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
21420 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
21421 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
21422
21423 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
21424 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
21425 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
21426 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
21427 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
21428 times to expand at once; the default is one time only.
21429
21430 @vindex DistribRules
21431 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
21432 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
21433 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
21434 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
21435 displays and edits the stored value of a variable.  Press @key{M-# M-#}
21436 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
21437 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
21438
21439 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
21440 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
21441 this variable's value permanently for future Calc sessions.
21442 @xref{Operations on Variables}.
21443
21444 @kindex j M
21445 @pindex calc-sel-merge
21446 @vindex MergeRules
21447 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
21448 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
21449 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
21450 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
21451 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
21452 the relevant rules.
21453
21454 @kindex j C
21455 @pindex calc-sel-commute
21456 @vindex CommuteRules
21457 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
21458 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
21459 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
21460 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
21461 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
21462 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
21463 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
21464 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
21465 in the variable @code{CommuteRules}.
21466
21467 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
21468 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
21469 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
21470 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
21471 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
21472 manipulations described in this section.
21473
21474 @kindex j N
21475 @pindex calc-sel-negate
21476 @vindex NegateRules
21477 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
21478 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
21479 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
21480 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
21481 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
21482 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
21483 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
21484 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
21485
21486 @kindex j &
21487 @pindex calc-sel-invert
21488 @vindex InvertRules
21489 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
21490 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
21491 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
21492 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
21493
21494 @kindex j E
21495 @pindex calc-sel-jump-equals
21496 @vindex JumpRules
21497 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
21498 selected term from one side of an equation to the other.  Given
21499 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
21500 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
21501 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
21502 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
21503
21504 @kindex j I
21505 @kindex H j I
21506 @pindex calc-sel-isolate
21507 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
21508 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
21509 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
21510 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
21511 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
21512 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
21513 as well as equations.
21514
21515 @kindex j *
21516 @kindex j /
21517 @pindex calc-sel-mult-both-sides
21518 @pindex calc-sel-div-both-sides
21519 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
21520 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
21521 selected quotient or equation by that formula.  It simplifies each
21522 side with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) before re-forming the
21523 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
21524 providing any numeric prefix argument.  There is also a @kbd{j /}
21525 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
21526 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
21527
21528 As a special feature, if the numerator of the quotient is 1, then
21529 the denominator is expanded at the top level using the distributive
21530 law (i.e., using the @kbd{C-u -1 a x} command).  Suppose the
21531 formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, and you wish
21532 to eliminate the square root in the denominator by multiplying both
21533 sides by @samp{sqrt(a) - 1}.  Calc's default simplifications would
21534 change the result @samp{(sqrt(a) - 1) / (sqrt(a) - 1) (sqrt(a) + 1)}
21535 right back to the original form by cancellation; Calc expands the
21536 denominator to @samp{sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1} to prevent
21537 this.  (You would now want to use an @kbd{a x} command to expand
21538 the rest of the way, whereupon the denominator would cancel out to
21539 the desired form, @samp{a - 1}.)  When the numerator is not 1, this
21540 initial expansion is not necessary because Calc's default
21541 simplifications will not notice the potential cancellation.
21542
21543 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
21544 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
21545 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
21546 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
21547 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
21548 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
21549 will be, it will assume it is positive and display a warning
21550 message.
21551
21552 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
21553 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
21554 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
21555 back by the formula.
21556
21557 @kindex j +
21558 @kindex j -
21559 @pindex calc-sel-add-both-sides
21560 @pindex calc-sel-sub-both-sides
21561 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
21562 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
21563 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
21564 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
21565 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
21566 results.
21567
21568 @kindex j U
21569 @pindex calc-sel-unpack
21570 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
21571 selected function call with its argument.  For example, given
21572 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
21573 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
21574 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
21575 now to take the cosine of the selected part.)
21576
21577 @kindex j v
21578 @pindex calc-sel-evaluate
21579 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
21580 normal default simplifications on the selected sub-formula.
21581 These are the simplifications that are normally done automatically
21582 on all results, but which may have been partially inhibited by
21583 previous selection-related operations, or turned off altogether
21584 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
21585 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
21586
21587 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
21588 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command to the selected
21589 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
21590 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
21591 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
21592 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
21593 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
21594 sub-formula.
21595
21596 @kindex j "
21597 @pindex calc-sel-expand-formula
21598 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
21599 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
21600
21601 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
21602 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
21603
21604 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
21605 @section Algebraic Manipulation
21606
21607 @noindent
21608 The commands in this section perform general-purpose algebraic
21609 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
21610 stack (unless, of course, you have made a selection in that
21611 formula).
21612
21613 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
21614 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
21615 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
21616 from the second-to-top stack level.
21617
21618 @kindex a v
21619 @pindex calc-alg-evaluate
21620 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
21621 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
21622 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
21623 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
21624 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
21625 command.  @xref{Simplification Modes}.
21626
21627 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
21628 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
21629 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
21630
21631 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
21632 as if in algebraic simplification mode.  This is equivalent to typing
21633 @kbd{a s}; @pxref{Simplifying Formulas}.  If you give a numeric prefix
21634 of 3 or more, it uses extended simplification mode (@kbd{a e}).
21635
21636 If you give a negative prefix argument @i{-1}, @i{-2}, or @i{-3},
21637 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
21638 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
21639 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
21640 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
21641 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
21642 in no-simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
21643 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
21644 (@xref{Reducing and Mapping}.)
21645
21646 @tindex evalv
21647 @tindex evalvn
21648 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
21649 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
21650 disables symbolic (@kbd{m s}) mode during the evaluation, corresponds
21651 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
21652 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
21653 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
21654 it as a temporary different working precision.)
21655
21656 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
21657 as an optional second argument.  This argument can be either an
21658 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
21659 a single integer, to adjust the precision relative to the current
21660 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
21661 precision will do the calculation at this higher precision, but the
21662 result will as usual be rounded back down to the current precision
21663 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
21664 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
21665 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
21666 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
21667 will return @samp{9.2654e-5}.
21668
21669 @kindex a "
21670 @pindex calc-expand-formula
21671 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
21672 into their defining formulas wherever possible.  For example,
21673 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
21674 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
21675 and so are unaffected by this command.  One important class of
21676 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
21677 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
21678 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
21679 distribution functions, most of the financial functions, and the
21680 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
21681 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
21682 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
21683 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
21684 top-level function call.
21685
21686 @kindex a M
21687 @pindex calc-map-equation
21688 @tindex mapeq
21689 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
21690 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
21691 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
21692 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
21693 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
21694 @samp{x = y+1} and @cite{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
21695 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
21696 sides together and the righthand sides together to get the two
21697 respective sides of a new equation.
21698
21699 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
21700 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
21701 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
21702 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
21703 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
21704 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
21705 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
21706 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
21707 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the @kbd{a s} command can
21708 then simplify to get @samp{2 < b}.
21709
21710 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
21711 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
21712 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
21713 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
21714 though this is not true for all values of the variables.
21715
21716 @kindex H a M
21717 @tindex mapeqp
21718 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
21719 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
21720 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
21721 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
21722 fixing an inequality which was already incorrect.)
21723
21724 @kindex I a M
21725 @tindex mapeqr
21726 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
21727 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
21728 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
21729 working with small positive angles.
21730
21731 @kindex a b
21732 @pindex calc-substitute
21733 @tindex subst
21734 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
21735 all occurrences
21736 of some variable or sub-expression of an expression with a new
21737 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
21738 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
21739 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
21740 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
21741 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
21742 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
21743 doing substitutions.@refill
21744
21745 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
21746 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
21747 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
21748 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
21749 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
21750 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
21751 target is taken from top-of-stack as usual.
21752
21753 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
21754 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
21755 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
21756 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
21757 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
21758 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
21759 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
21760 these limitations.
21761
21762 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
21763 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
21764 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
21765 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
21766 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
21767
21768 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
21769 @section Simplifying Formulas
21770
21771 @noindent
21772 @kindex a s
21773 @pindex calc-simplify
21774 @tindex simplify
21775 The @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command applies
21776 various algebraic rules to simplify a formula.  This includes rules which
21777 are not part of the default simplifications because they may be too slow
21778 to apply all the time, or may not be desirable all of the time.  For
21779 example, non-adjacent terms of sums are combined, as in @samp{a + b + 2 a}
21780 to @samp{b + 3 a}, and some formulas like @samp{sin(arcsin(x))} are
21781 simplified to @samp{x}.
21782
21783 The sections below describe all the various kinds of algebraic
21784 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
21785 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
21786 they simply apply certain specific rules to put formulas into
21787 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
21788 must be done manually, usually with a combination of selections
21789 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
21790 @xref{Rewrite Rules}.
21791
21792 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
21793 simplification occurs automatically.  Normally only the ``default
21794 simplifications'' occur.
21795
21796 @menu
21797 * Default Simplifications::
21798 * Algebraic Simplifications::
21799 * Unsafe Simplifications::
21800 * Simplification of Units::
21801 @end menu
21802
21803 @node Default Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
21804 @subsection Default Simplifications
21805
21806 @noindent
21807 @cindex Default simplifications
21808 This section describes the ``default simplifications,'' those which are
21809 normally applied to all results.  For example, if you enter the variable
21810 @cite{x} on the stack twice and push @kbd{+}, Calc's default
21811 simplifications automatically change @cite{x + x} to @cite{2 x}.
21812
21813 The @kbd{m O} command turns off the default simplifications, so that
21814 @cite{x + x} will remain in this form unless you give an explicit
21815 ``simplify'' command like @kbd{=} or @kbd{a v}.  @xref{Algebraic
21816 Manipulation}.  The @kbd{m D} command turns the default simplifications
21817 back on.
21818
21819 The most basic default simplification is the evaluation of functions.
21820 For example, @cite{2 + 3} is evaluated to @cite{5}, and @cite{@t{sqrt}(9)}
21821 is evaluated to @cite{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
21822 to a function are somehow of the wrong type (@cite{@t{tan}([2,3,4])},
21823 range (@cite{@t{tan}(90)}), or number (@cite{@t{tan}(3,5)}), or if the
21824 function name is not recognized (@cite{@t{f}(5)}), or if ``symbolic''
21825 mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation (@cite{@t{sqrt}(2)}).
21826
21827 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
21828 simplifies the function itself.  Thus @cite{@t{sqrt}(5+4)} is
21829 simplified to @cite{@t{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
21830 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
21831 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
21832 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
21833 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
21834 does not evaluate its lefthand argument.
21835
21836 Most commands apply the default simplifications to all arguments they
21837 take from the stack, perform a particular operation, then simplify
21838 the result before pushing it back on the stack.  In the common special
21839 case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and @kbd{Q} [@code{sqrt}],
21840 the arguments are simply popped from the stack and collected into a
21841 suitable function call, which is then simplified (the arguments being
21842 simplified first as part of the process, as described above).
21843
21844 The default simplifications are too numerous to describe completely
21845 here, but this section will describe the ones that apply to the
21846 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
21847 nature, and will probably be interesting to you only if you are
21848 a serious user of Calc's algebra facilities.
21849
21850 @tex
21851 \bigskip
21852 @end tex
21853
21854 As well as the simplifications described here, if you have stored
21855 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
21856 will also be applied before any built-in default simplifications.
21857 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
21858
21859 @tex
21860 \bigskip
21861 @end tex
21862
21863 And now, on with the default simplifications:
21864
21865 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
21866 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
21867 more terms are arranged by the associative law of algebra into
21868 a left-associative form for sums, @cite{((a + b) + c) + d}, and
21869 a right-associative form for products, @cite{a * (b * (c * d))}.
21870 Formulas like @cite{(a + b) + (c + d)} are rearranged to
21871 left-associative form, though this rarely matters since Calc's
21872 algebra commands are designed to hide the inner structure of
21873 sums and products as much as possible.  Sums and products in
21874 their proper associative form will be written without parentheses
21875 in the examples below.
21876
21877 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
21878 commutative law (@cite{a + b} to @cite{b + a}) except in a few
21879 special cases described below.  Some algebra programs always
21880 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
21881 see that @cite{a b + b a} can be simplified to @cite{2 a b}.
21882 Calc assumes you have put the terms into the order you want
21883 and generally leaves that order alone, with the consequence
21884 that formulas like the above will only be simplified if you
21885 explicitly give the @kbd{a s} command.  @xref{Algebraic
21886 Simplifications}.
21887
21888 Differences @cite{a - b} are treated like sums @cite{a + (-b)}
21889 for purposes of simplification; one of the default simplifications
21890 is to rewrite @cite{a + (-b)} or @cite{(-b) + a}, where @cite{-b}
21891 represents a ``negative-looking'' term, into @cite{a - b} form.
21892 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
21893 @cite{-x}, and products or quotients in which either term is
21894 negative-looking.
21895
21896 Other simplifications involving negation are @cite{-(-x)} to @cite{x};
21897 @cite{-(a b)} or @cite{-(a/b)} where either @cite{a} or @cite{b} is
21898 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
21899 @cite{a} or @cite{b} is any number, by negating that number;
21900 @cite{-(a + b)} to @cite{-a - b}, and @cite{-(b - a)} to @cite{a - b}.
21901 (This, and rewriting @cite{(-b) + a} to @cite{a - b}, are the only
21902 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
21903 simplifications.)
21904
21905 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
21906 @cite{a x + b x} to @cite{(a + b) x}, where @cite{a} represents
21907 a number or an implicit 1 or @i{-1} (as in @cite{x} or @cite{-x})
21908 and similarly for @cite{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
21909 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
21910 using the distributive law.
21911
21912 The distributive law is only used for sums of two terms, or
21913 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @cite{a + b + b + c}
21914 is simplified to @cite{a + 2 b + c}, but @cite{a + b + c + b}
21915 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
21916 sum with one another would require time proportional to the
21917 square of the number of terms; Calc relegates potentially slow
21918 operations like this to commands that have to be invoked
21919 explicitly, like @kbd{a s}.
21920
21921 Finally, @cite{a + 0} and @cite{0 + a} are simplified to @cite{a}.
21922 A consequence of the above rules is that @cite{0 - a} is simplified
21923 to @cite{-a}.
21924
21925 @tex
21926 \bigskip
21927 @end tex
21928
21929 The products @cite{1 a} and @cite{a 1} are simplified to @cite{a};
21930 @cite{(-1) a} and @cite{a (-1)} are simplified to @cite{-a};
21931 @cite{0 a} and @cite{a 0} are simplified to @cite{0}, except that
21932 in matrix mode where @cite{a} is not provably scalar the result
21933 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @cite{a} is
21934 infinite the result is @samp{nan}.
21935
21936 Also, @cite{(-a) b} and @cite{a (-b)} are simplified to @cite{-(a b)},
21937 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
21938 numbers.
21939
21940 Products are commuted only to move numbers to the front:
21941 @cite{a b 2} is commuted to @cite{2 a b}.
21942
21943 The product @cite{a (b + c)} is distributed over the sum only if
21944 @cite{a} and at least one of @cite{b} and @cite{c} are numbers:
21945 @cite{2 (x + 3)} goes to @cite{2 x + 6}.  The formula
21946 @cite{(-a) (b - c)}, where @cite{-a} is a negative number, is
21947 rewritten to @cite{a (c - b)}.
21948
21949 The distributive law of products and powers is used for adjacent
21950 terms of the product: @cite{x^a x^b} goes to @c{$x^{a+b}$}
21951 @cite{x^(a+b)}
21952 where @cite{a} is a number, or an implicit 1 (as in @cite{x}),
21953 or the implicit one-half of @cite{@t{sqrt}(x)}, and similarly for
21954 @cite{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
21955 if the sum of the powers is @cite{1/2} or @cite{-1/2}, respectively.
21956 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
21957 @cite{1} or to @samp{idn(1)} if matrix mode is enabled.
21958
21959 The product of a negative power times anything but another negative
21960 power is changed to use division:  @c{$x^{-2} y$}
21961 @cite{x^(-2) y} goes to @cite{y / x^2} unless matrix mode is
21962 in effect and neither @cite{x} nor @cite{y} are scalar (in which
21963 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
21964
21965 Finally, @cite{a (b/c)} is rewritten to @cite{(a b)/c}, and also
21966 @cite{(a/b) c} is changed to @cite{(a c)/b} unless in matrix mode.
21967
21968 @tex
21969 \bigskip
21970 @end tex
21971
21972 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
21973 The quotient @cite{0 / x} is simplified to @cite{0}, with the same
21974 exceptions that were noted for @cite{0 x}.  Likewise, @cite{x / 1}
21975 and @cite{x / (-1)} are simplified to @cite{x} and @cite{-x},
21976 respectively.
21977
21978 The quotient @cite{x / 0} is left unsimplified or changed to an
21979 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
21980 @xref{Infinite Mode}.
21981
21982 The expression @c{$a / b^{-c}$}
21983 @cite{a / b^(-c)} is changed to @cite{a b^c},
21984 where @cite{-c} is any negative-looking power.  Also, @cite{1 / b^c}
21985 is changed to @c{$b^{-c}$}
21986 @cite{b^(-c)} for any power @cite{c}.
21987
21988 Also, @cite{(-a) / b} and @cite{a / (-b)} go to @cite{-(a/b)};
21989 @cite{(a/b) / c} goes to @cite{a / (b c)}; and @cite{a / (b/c)}
21990 goes to @cite{(a c) / b} unless matrix mode prevents this
21991 rearrangement.  Similarly, @cite{a / (b:c)} is simplified to
21992 @cite{(c:b) a} for any fraction @cite{b:c}.
21993
21994 The distributive law is applied to @cite{(a + b) / c} only if
21995 @cite{c} and at least one of @cite{a} and @cite{b} are numbers.
21996 Quotients of powers and square roots are distributed just as
21997 described for multiplication.
21998
21999 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22000 numerator and denominator.  In other words, @cite{a x b / a y b}
22001 is cancelled to @cite{x b / y b} but not to @cite{x / y}.  Once
22002 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22003 to cancel all terms of the quotient.
22004
22005 Quotients of negative-looking values are simplified according
22006 to @cite{(-a) / (-b)} to @cite{a / b}, @cite{(-a) / (b - c)}
22007 to @cite{a / (c - b)}, and @cite{(a - b) / (-c)} to @cite{(b - a) / c}.
22008
22009 @tex
22010 \bigskip
22011 @end tex
22012
22013 The formula @cite{x^0} is simplified to @cite{1}, or to @samp{idn(1)}
22014 in matrix mode.  The formula @cite{0^x} is simplified to @cite{0}
22015 unless @cite{x} is a negative number or complex number, in which
22016 case the result is an infinity or an unsimplified formula according
22017 to the current infinite mode.  Note that @cite{0^0} is an
22018 indeterminate form, as evidenced by the fact that the simplifications
22019 for @cite{x^0} and @cite{0^x} conflict when @cite{x=0}.
22020
22021 Powers of products or quotients @cite{(a b)^c}, @cite{(a/b)^c}
22022 are distributed to @cite{a^c b^c}, @cite{a^c / b^c} only if @cite{c}
22023 is an integer, or if either @cite{a} or @cite{b} are nonnegative
22024 real numbers.  Powers of powers @cite{(a^b)^c} are simplified to
22025 @c{$a^{b c}$}
22026 @cite{a^(b c)} only when @cite{c} is an integer and @cite{b c} also
22027 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22028 would not be safe because of problems with principal values.
22029 (In other words, @c{$((-3)^{1/2})^2$}
22030 @cite{((-3)^1:2)^2} is safe to simplify, but
22031 @c{$((-3)^2)^{1/2}$}
22032 @cite{((-3)^2)^1:2} is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform
22033 Calc that your variables satisfy these requirements.
22034
22035 As a special case of this rule, @cite{@t{sqrt}(x)^n} is simplified to
22036 @c{$x^{n/2}$}
22037 @cite{x^(n/2)} only for even integers @cite{n}.
22038
22039 If @cite{a} is known to be real, @cite{b} is an even integer, and
22040 @cite{c} is a half- or quarter-integer, then @cite{(a^b)^c} is
22041 simplified to @c{$@t{abs}(a^{b c})$}
22042 @cite{@t{abs}(a^(b c))}.
22043
22044 Also, @cite{(-a)^b} is simplified to @cite{a^b} if @cite{b} is an
22045 even integer, or to @cite{-(a^b)} if @cite{b} is an odd integer,
22046 for any negative-looking expression @cite{-a}.
22047
22048 Square roots @cite{@t{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22049 @c{$x^{1:2}$}
22050 @cite{x^1:2} for the purposes of the above-listed simplifications.
22051
22052 Also, note that @c{$1 / x^{1:2}$}
22053 @cite{1 / x^1:2} is changed to @c{$x^{-1:2}$}
22054 @cite{x^(-1:2)},
22055 but @cite{1 / @t{sqrt}(x)} is left alone.
22056
22057 @tex
22058 \bigskip
22059 @end tex
22060
22061 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22062 following rules:  @cite{@t{idn}(a) + b} to @cite{a + b} if @cite{b}
22063 is provably scalar, or expanded out if @cite{b} is a matrix;
22064 @cite{@t{idn}(a) + @t{idn}(b)} to @cite{@t{idn}(a + b)};
22065 @cite{-@t{idn}(a)} to @cite{@t{idn}(-a)}; @cite{a @t{idn}(b)} to
22066 @cite{@t{idn}(a b)} if @cite{a} is provably scalar, or to @cite{a b}
22067 if @cite{a} is provably non-scalar; @cite{@t{idn}(a) @t{idn}(b)}
22068 to @cite{@t{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients
22069 involving @code{idn}; and @cite{@t{idn}(a)^n} to @cite{@t{idn}(a^n)}
22070 where @cite{n} is an integer.
22071
22072 @tex
22073 \bigskip
22074 @end tex
22075
22076 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22077 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22078 @cite{@t{floor}(@t{round}(x))} simplifies to @cite{@t{round}(x)}.
22079 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22080 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22081 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22082
22083 The expression @cite{@t{abs}(-x)} changes to @cite{@t{abs}(x)}.
22084 The expression @cite{@t{abs}(@t{abs}(x))} changes to @cite{@t{abs}(x)};
22085 in fact, @cite{@t{abs}(x)} changes to @cite{x} or @cite{-x} if @cite{x}
22086 is provably nonnegative or nonpositive (@pxref{Declarations}).
22087
22088 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22089 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22090 @cite{@t{arg}(@t{i})} and @cite{@t{arg}(-@t{i})} just for convenience.
22091
22092 The expression @cite{@t{conj}(@t{conj}(x))} simplifies to @cite{x}.
22093 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22094 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22095 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22096 @cite{@t{conj}(a + b i)} is changed to @cite{@t{conj}(a) - @t{conj}(b) i},
22097 or to @cite{a - b i} if @cite{a} and @cite{b} are known to be real.
22098
22099 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22100 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22101 for suitable numeric arguments and infinity.  The @kbd{a s} command
22102 described in the next section does provide some simplifications for
22103 these functions, though.
22104
22105 One important simplification that does occur is that @cite{@t{ln}(@t{e})}
22106 is simplified to 1, and @cite{@t{ln}(@t{e}^x)} is simplified to @cite{x}
22107 for any @cite{x}.  This occurs even if you have stored a different
22108 value in the Calc variable @samp{e}; but this would be a bad idea
22109 in any case if you were also using natural logarithms!
22110
22111 Among the logical functions, @t{!}@i{(a} @t{<=} @i{b)} changes to
22112 @cite{a > b} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22113 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22114 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22115 @cite{!!x} to @cite{x}, this would not be valid in general because
22116 @cite{!!2} is 1, not 2.
22117
22118 Most other Calc functions have few if any default simplifications
22119 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22120 suitable numbers.
22121
22122 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Default Simplifications, Simplifying Formulas
22123 @subsection Algebraic Simplifications
22124
22125 @noindent
22126 @cindex Algebraic simplifications
22127 The @kbd{a s} command makes simplifications that may be too slow to
22128 do all the time, or that may not be desirable all of the time.
22129 If you find these simplifications are worthwhile, you can type
22130 @kbd{m A} to have Calc apply them automatically.
22131
22132 This section describes all simplifications that are performed by
22133 the @kbd{a s} command.  Note that these occur in addition to the
22134 default simplifications; even if the default simplifications have
22135 been turned off by an @kbd{m O} command, @kbd{a s} will turn them
22136 back on temporarily while it simplifies the formula.
22137
22138 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22139 to be applied by @kbd{a s}.  Its use is analogous to @code{EvalRules},
22140 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22141 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22142 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22143 the built-in rules described below.  If the result is different from
22144 the original expression, the process repeats with the default
22145 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22146 then the built-in simplifications, and so on.
22147
22148 @tex
22149 \bigskip
22150 @end tex
22151
22152 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22153 end of the sum, so that @cite{a + 2 + b} changes to @cite{a + b + 2}.
22154 The only exception is that a constant will not be commuted away
22155 from the first position of a difference, i.e., @cite{2 - x} is not
22156 commuted to @cite{-x + 2}.
22157
22158 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22159 @cite{x + y + 2 x} to @cite{y + 3 x}.  This always occurs for
22160 adjacent terms, but @kbd{a s} compares all pairs of terms including
22161 non-adjacent ones.
22162
22163 @tex
22164 \bigskip
22165 @end tex
22166
22167 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22168 law.  For example, @cite{b c a} is commuted to @cite{a b c}.
22169 This allows easier comparison of products; for example, the default
22170 simplifications will not change @cite{x y + y x} to @cite{2 x y},
22171 but @kbd{a s} will; it first rewrites the sum to @cite{x y + x y},
22172 and then the default simplifications are able to recognize a sum
22173 of identical terms.
22174
22175 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22176 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22177 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22178 command uses the same ordering when sorting a vector.
22179
22180 Sorting of terms of products is inhibited when matrix mode is
22181 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22182 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22183
22184 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22185 terms, using the same method that the default simplifications
22186 use for adjacent terms of products.
22187
22188 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22189 taken into account when terms of a product are being compared.
22190 Thus @cite{(x + y) (y + x)} will be simplified to @cite{(x + y)^2}.
22191 A subtle point is that @cite{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22192 be simplified to @cite{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22193 one term can be written as a constant times the other, even if
22194 that constant is @i{-1}.
22195
22196 A fraction times any expression, @cite{(a:b) x}, is changed to
22197 a quotient involving integers:  @cite{a x / b}.  This is not
22198 done for floating-point numbers like @cite{0.5}, however.  This
22199 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22200 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22201
22202 @tex
22203 \bigskip
22204 @end tex
22205
22206 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22207 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22208 the distributive law.  For example, @cite{a x^2 b / c x^3 d} will
22209 cancel @cite{x^2} from both sides to get @cite{a b / c x d}.
22210 (The terms in the denominator will then be rearranged to @cite{c d x}
22211 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22212 factor in the numerator and denominator, it is cancelled out;
22213 for example, @cite{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @cite{(2 x + 3) / 4 x}.
22214
22215 Non-constant common factors are not found even by @kbd{a s}.  To
22216 cancel the factor @cite{a} in @cite{(a x + a) / a^2} you could first
22217 use @kbd{j M} on the product @cite{a x} to Merge the numerator to
22218 @cite{a (1+x)}, which can then be simplified successfully.
22219
22220 @tex
22221 \bigskip
22222 @end tex
22223
22224 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22225 to the identity @cite{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22226 than the complex number @cite{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22227 will no longer occur.  This is done by @kbd{a s} instead of by default
22228 in case someone (unwisely) uses the name @code{i} for a variable
22229 unrelated to complex numbers; it would be unfortunate if Calc
22230 quietly and automatically changed this formula for reasons the
22231 user might not have been thinking of.
22232
22233 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22234 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22235 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22236 pulled out so that @cite{@t{sqrt}(8)} is rewritten as
22237 @c{$2\,\t{sqrt}(2)$}
22238 @cite{2 sqrt(2)}.  Conceptually speaking this implies factoring
22239 the argument into primes and moving pairs of primes out of the
22240 square root, but for reasons of efficiency Calc only looks for
22241 primes up to 29.
22242
22243 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22244 numerator:  @cite{1 / @t{sqrt}(3)} changes to @cite{@t{sqrt}(3) / 3}.
22245 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22246 @cite{@t{sqrt}(2:3)} changes to @cite{@t{sqrt}(6) / 3}.
22247
22248 @tex
22249 \bigskip
22250 @end tex
22251
22252 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22253 when the modulus @cite{M} is a positive real number.  First, if
22254 the argument is of the form @cite{x + n} for some real number
22255 @cite{n}, then @cite{n} is itself reduced modulo @cite{M}.  For
22256 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22257
22258 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22259 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22260 cancelled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22261 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22262 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22263 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22264 about modulo forms in the presence of declarations.
22265
22266 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22267 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22268 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22269 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22270 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22271 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22272 declared to be an integer.
22273
22274 @tex
22275 \bigskip
22276 @end tex
22277
22278 Trigonometric functions are simplified in several ways.  First,
22279 @cite{@t{sin}(@t{arcsin}(x))} is simplified to @cite{x}, and
22280 similarly for @code{cos} and @code{tan}.  If the argument to
22281 @code{sin} is negative-looking, it is simplified to @cite{-@t{sin}(x)},
22282 and similarly for @code{cos} and @code{tan}.  Finally, certain
22283 special values of the argument are recognized;
22284 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22285
22286 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22287 functions can also be simplified, as in @cite{@t{sin}(@t{arccos}(x))}
22288 to @cite{@t{sqrt}(1 - x^2)}.
22289
22290 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22291 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22292 hyperbolic functions.
22293
22294 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22295 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22296 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22297 @cite{@t{arcsin}(@t{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22298 @cite{x}, since this only correct within an integer multiple
22299 of @c{$2 \pi$}
22300 @cite{2 pi} radians or 360 degrees.  However,
22301 @cite{@t{arcsinh}(@t{sinh}(x))} is simplified to @cite{x} if
22302 @cite{x} is known to be real.
22303
22304 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22305 are that @cite{@t{exp}(@t{ln}(x))}, @c{$@t{e}^{\ln(x)}$}
22306 @cite{e^@t{ln}(x)}, and
22307 @c{$10^{{\rm log10}(x)}$}
22308 @cite{10^@t{log10}(x)} all reduce to @cite{x}.
22309 Also, @cite{@t{ln}(@t{exp}(x))}, etc., can reduce to @cite{x} if
22310 @cite{x} is provably real.  The form @cite{@t{exp}(x)^y} is simplified
22311 to @cite{@t{exp}(x y)}.  If @cite{x} is a suitable multiple of @c{$\pi i$}
22312 @cite{pi i}
22313 (as described above for the trigonometric functions), then @cite{@t{exp}(x)}
22314 or @cite{e^x} will be expanded.  Finally, @cite{@t{ln}(x)} is simplified
22315 to a form involving @code{pi} and @code{i} where @cite{x} is provably
22316 negative, positive imaginary, or negative imaginary.
22317
22318 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22319 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22320 function.
22321
22322 @tex
22323 \bigskip
22324 @end tex
22325
22326 Equations and inequalities are simplified by cancelling factors
22327 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
22328 change sign if a negative multiplicative factor is cancelled.
22329 Non-constant multiplicative factors as in @cite{a b = a c} are
22330 cancelled from equations only if they are provably nonzero (generally
22331 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
22332 are cancelled from inequalities only if they are nonzero and their
22333 sign is known.
22334
22335 Simplification also replaces an equation or inequality with
22336 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
22337 declarations.  If @cite{x} is declared to be an integer greater
22338 than 5, then @cite{x < 3}, @cite{x = 3}, and @cite{x = 7.5} are
22339 all simplified to 0, but @cite{x > 3} is simplified to 1.
22340 By a similar analysis, @cite{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
22341 as is @cite{x^2 >= 0} if @cite{x} is known to be real.
22342
22343 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
22344 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
22345
22346 @noindent
22347 @cindex Unsafe simplifications
22348 @cindex Extended simplification
22349 @kindex a e
22350 @pindex calc-simplify-extended
22351 @c @mindex esimpl@idots
22352 @tindex esimplify
22353 The @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
22354 is like @kbd{a s}
22355 except that it applies some additional simplifications which are not
22356 ``safe'' in all cases.  Use this only if you know the values in your
22357 formula lie in the restricted ranges for which these simplifications
22358 are valid.  The symbolic integrator uses @kbd{a e};
22359 one effect of this is that the integrator's results must be used with
22360 caution.  Where an integral table will often attach conditions like
22361 ``for positive @cite{a} only,'' Calc (like most other symbolic
22362 integration programs) will simply produce an unqualified result.@refill
22363
22364 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
22365 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
22366 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
22367 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
22368 to any specific part of a formula.
22369
22370 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied by
22371 the @kbd{a e} command.  These are applied in addition to
22372 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
22373 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
22374
22375 Following is a complete list of ``unsafe'' simplifications performed
22376 by @kbd{a e}.
22377
22378 @tex
22379 \bigskip
22380 @end tex
22381
22382 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
22383 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified
22384 by @kbd{a e}.  For example, @cite{@t{arcsin}(@t{sin}(x))} changes
22385 to @cite{x}.  Also, @cite{@t{arcsin}(@t{cos}(x))} and
22386 @cite{@t{arccos}(@t{sin}(x))} both change to @cite{@t{pi}/2 - x}.
22387 These simplifications are unsafe because they are valid only for
22388 values of @cite{x} in a certain range; outside that range, values
22389 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
22390 functions always produce.
22391
22392 Powers of powers @cite{(x^a)^b} are simplified to @c{$x^{a b}$}
22393 @cite{x^(a b)}
22394 for all @cite{a} and @cite{b}.  These results will be valid only
22395 in a restricted range of @cite{x}; for example, in @c{$(x^2)^{1:2}$}
22396 @cite{(x^2)^1:2}
22397 the powers cancel to get @cite{x}, which is valid for positive values
22398 of @cite{x} but not for negative or complex values.
22399
22400 Similarly, @cite{@t{sqrt}(x^a)} and @cite{@t{sqrt}(x)^a} are both
22401 simplified (possibly unsafely) to @c{$x^{a/2}$}
22402 @cite{x^(a/2)}.
22403
22404 Forms like @cite{@t{sqrt}(1 - @t{sin}(x)^2)} are simplified to, e.g.,
22405 @cite{@t{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
22406 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
22407
22408 Arguments of square roots are partially factored to look for
22409 squared terms that can be extracted.  For example,
22410 @cite{@t{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to @cite{a b @t{sqrt}(a+b)}.
22411
22412 The simplifications of @cite{@t{ln}(@t{exp}(x))}, @cite{@t{ln}(@t{e}^x)},
22413 and @cite{@t{log10}(10^x)} to @cite{x} are also unsafe because
22414 of problems with principal values (although these simplifications
22415 are safe if @cite{x} is known to be real).
22416
22417 Common factors are cancelled from products on both sides of an
22418 equation, even if those factors may be zero:  @cite{a x / b x}
22419 to @cite{a / b}.  Such factors are never cancelled from
22420 inequalities:  Even @kbd{a e} is not bold enough to reduce
22421 @cite{a x < b x} to @cite{a < b} (or @cite{a > b}, depending
22422 on whether you believe @cite{x} is positive or negative).
22423 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
22424 both sides of an inequality.
22425
22426 @node Simplification of Units, , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
22427 @subsection Simplification of Units
22428
22429 @noindent
22430 The simplifications described in this section are applied by the
22431 @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command.  These are in addition
22432 to the regular @kbd{a s} (but not @kbd{a e}) simplifications described
22433 earlier.  @xref{Basic Operations on Units}.
22434
22435 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
22436 the @kbd{u s} command.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
22437 and @code{AlgSimpRules}.
22438
22439 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
22440 @xref{Matrix Mode}.
22441
22442 Sums @cite{a + b} involving units are simplified by extracting the
22443 units of @cite{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
22444 @cite{u_a}), then simplifying the expression @cite{b / u_a}
22445 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
22446 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
22447 in terms of the units @cite{u_a}.
22448
22449 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
22450 which the first argument is a number which is out of range for the
22451 leading unit are modified accordingly.
22452
22453 When cancelling and combining units in products and quotients,
22454 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
22455 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
22456 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
22457 are not combined in this way.
22458
22459 Quotients @cite{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
22460 if @cite{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
22461 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
22462
22463 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
22464 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
22465 units of area) then they are replaced by the ratio between those
22466 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
22467 @samp{in / cm} will be replaced by @cite{2.54}.
22468
22469 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
22470 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
22471 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
22472
22473 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
22474 @cite{(a b)^c} to @cite{a^c b^c}, @cite{(a/b)^c} to @cite{a^c / b^c},
22475 and @cite{(a^b)^c} to @c{$a^{b c}$}
22476 @cite{a^(b c)} are done if the powers are
22477 real numbers.  (These are safe in the context of units because
22478 all numbers involved can reasonably be assumed to be real.)
22479
22480 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
22481 base units in that unit name all occur to powers which are a
22482 multiple of the denominator of the power, then the unit name
22483 is expanded out into its base units, which can then be simplified
22484 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
22485 is simplified by noting that @cite{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
22486 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
22487 @code{m} is a multiple of 2 in @cite{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
22488 replaced by approximately @c{$(4046 m^2)^{1.5}$}
22489 @cite{(4046 m^2)^1.5}, which is then
22490 changed to @c{$4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}$}
22491 @cite{4046^1.5 (m^2)^1.5}, then to @cite{257440 m^3}.
22492
22493 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
22494 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
22495 applied to unit names or products or quotients involving units, are
22496 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
22497 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
22498 and the righthand term simplifies to @code{in}.
22499
22500 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
22501 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
22502 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
22503 with the angular mode temporarily set to radians.
22504
22505 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
22506 @section Polynomials
22507
22508 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
22509 various powers of a ``base'' variable.  For example, @cite{2 x^2 + 3 x - 4}
22510 is a polynomial in @cite{x}.  Some formulas can be considered
22511 polynomials in several different variables:  @cite{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
22512 is a polynomial in both @cite{x} and @cite{y}.  Polynomial coefficients
22513 are often numbers, but they may in general be any formulas not
22514 involving the base variable.
22515
22516 @kindex a f
22517 @pindex calc-factor
22518 @tindex factor
22519 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
22520 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
22521 @cite{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
22522 example, @cite{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
22523 @cite{(a + b) (c + d)}.
22524
22525 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
22526 linear in several variables, such as the second example above, are
22527 merged according to the distributive law.  Formulas which are
22528 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
22529 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
22530 terms.  The first example above factors into three linear terms
22531 (@cite{x}, @cite{x+1}, and @cite{x+1} again).  Finally, formulas
22532 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
22533 rewrite mechanism.
22534
22535 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
22536 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
22537 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
22538 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
22539 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
22540 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
22541 integers (whose number of digits approaches the current precision).
22542 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
22543 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
22544 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
22545 version of Calc.)
22546
22547 @vindex FactorRules
22548 @c @starindex
22549 @tindex thecoefs
22550 @c @starindex
22551 @c @mindex @idots
22552 @tindex thefactors
22553 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
22554 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
22555 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
22556 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
22557 @cite{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
22558 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
22559 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
22560 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
22561 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
22562 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
22563 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
22564 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
22565 Calc then multiplies these terms together to get the complete
22566 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
22567 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
22568 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
22569 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
22570 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
22571
22572 @kindex H a f
22573 @tindex factors
22574 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
22575 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
22576 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
22577 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
22578 @cite{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @cite{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
22579 in @kbd{a f}, or to @cite{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
22580 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
22581 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
22582 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @cite{x} with
22583 respect to the specific variable @cite{v}.  The default is to factor with
22584 respect to all the variables that appear in @cite{x}.
22585
22586 @kindex a c
22587 @pindex calc-collect
22588 @tindex collect
22589 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
22590 formula as a
22591 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
22592 variable.  For example, given @cite{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
22593 the stack, @kbd{a c x} would produce @cite{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
22594 and @kbd{a c y} would produce @cite{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
22595 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
22596 necessary:  Collecting @cite{x} in @cite{(x - 1)^3} produces
22597 @cite{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @cite{x} will
22598 not be expanded.
22599
22600 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
22601 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
22602 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
22603 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
22604 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
22605
22606 @kindex a x
22607 @pindex calc-expand
22608 @tindex expand
22609 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
22610 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
22611 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
22612 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
22613 the distributive law is applied only the specified number of times, then
22614 the partially expanded expression is left on the stack.
22615
22616 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
22617 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
22618 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
22619 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
22620 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
22621 also know many other kinds of expansions, such as
22622 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
22623 do not do.)
22624
22625 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
22626 expansion.  For example, the first step in expanding @cite{(x+1)^3} is
22627 to write @cite{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
22628 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
22629 simplify it back to @cite{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
22630 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
22631 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
22632 the way in one step.
22633
22634 @kindex a a
22635 @pindex calc-apart
22636 @tindex apart
22637 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
22638 rational function by partial fractions.  A rational function is the
22639 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
22640 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
22641 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
22642 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
22643 chooses the base variable automatically.
22644
22645 @kindex a n
22646 @pindex calc-normalize-rat
22647 @tindex nrat
22648 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
22649 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
22650 For example, given @cite{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
22651 @cite{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
22652 @kbd{a n} will simplify @cite{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
22653 out the common factor @cite{x + 1}, yielding @cite{(x + 1) / (x - 1)}.
22654
22655 @kindex a \
22656 @pindex calc-poly-div
22657 @tindex pdiv
22658 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
22659 two polynomials @cite{u} and @cite{v}, yielding a new polynomial
22660 @cite{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
22661 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
22662 with the largest power in @cite{u} first, or, in the case of equal
22663 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
22664 dividing @cite{x^2 + 3 x + 2} by @cite{x + 2} yields @cite{x + 1}.
22665 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
22666 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
22667
22668 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
22669 variable to be used as the base:  `@t{pdiv(}@i{a}@t{,}@i{b}@t{,}@i{x}@t{)}'.
22670 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
22671 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
22672 above.
22673
22674 @kindex a %
22675 @pindex calc-poly-rem
22676 @tindex prem
22677 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
22678 two polynomials and keeps the remainder @cite{r}.  The quotient
22679 @cite{q} is discarded.  For any formulas @cite{a} and @cite{b}, the
22680 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @cite{a = q b + r}.
22681 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
22682 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
22683
22684 @kindex a /
22685 @kindex H a /
22686 @pindex calc-poly-div-rem
22687 @tindex pdivrem
22688 @tindex pdivide
22689 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
22690 divides two polynomials and reports both the quotient and the
22691 remainder as a vector @cite{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
22692 command divides two polynomials and constructs the formula
22693 @cite{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
22694 this will immediately simplify to @cite{q}.)
22695
22696 @kindex a g
22697 @pindex calc-poly-gcd
22698 @tindex pgcd
22699 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
22700 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
22701 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
22702 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
22703 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
22704 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
22705 definition of GCD ensures that this division can take place without
22706 leaving a remainder.)
22707
22708 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
22709 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
22710 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
22711 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
22712 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
22713 automatically transforms this into a polynomial over the field of
22714 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
22715
22716 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
22717 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
22718 polynomial routines used in the above commands.
22719
22720 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
22721 extracting the individual coefficients of a polynomial.
22722
22723 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
22724 @section Calculus
22725
22726 @noindent
22727 The following calculus commands do not automatically simplify their
22728 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
22729 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
22730 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
22731 readable way.
22732
22733 @menu
22734 * Differentiation::
22735 * Integration::
22736 * Customizing the Integrator::
22737 * Numerical Integration::
22738 * Taylor Series::
22739 @end menu
22740
22741 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
22742 @subsection Differentiation
22743
22744 @noindent
22745 @kindex a d
22746 @kindex H a d
22747 @pindex calc-derivative
22748 @tindex deriv
22749 @tindex tderiv
22750 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
22751 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
22752 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
22753 in the formula other than the specified differentiation variable are
22754 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
22755 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
22756 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
22757 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
22758 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
22759 are considered constant, as are variables that have been declared
22760 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
22761
22762 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
22763 @var{n}th derivative.
22764
22765 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
22766 radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
22767 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
22768 answer!
22769
22770 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
22771 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
22772 of @cite{f} with respect to @cite{x}, evaluated at the point @c{$x=x_0$}
22773 @cite{x=x0}.
22774
22775 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
22776 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
22777 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
22778 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
22779 derivative of @code{f}.
22780
22781 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
22782 the functions according to their defining formulas unless you have
22783 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
22784 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
22785 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
22786 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
22787 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
22788 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
22789
22790 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
22791 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
22792 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
22793 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
22794 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
22795 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
22796 argument once).@refill
22797
22798 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
22799 @subsection Integration
22800
22801 @noindent
22802 @kindex a i
22803 @pindex calc-integral
22804 @tindex integ
22805 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
22806 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
22807 respect to a variable.  The integrator is not guaranteed to work for
22808 all integrable functions, but it is able to integrate several large
22809 classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational function
22810 (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.  (Rational functions
22811 don't have to be in explicit quotient form, however; @c{$x/(1+x^{-2})$}
22812 @cite{x/(1+x^-2)}
22813 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
22814 @cite{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
22815 @cite{x} and @cite{x^2} may appear in rational functions being
22816 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
22817 hyperbolic functions can be integrated.
22818
22819 @ifnottex
22820 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
22821 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
22822 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
22823 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
22824 integral from @code{a} to @code{b}.
22825 @end ifnottex
22826 @tex  
22827 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
22828 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
22829 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
22830 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
22831 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
22832 @end tex
22833
22834 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
22835 produces results that are significantly more complex than they need to
22836 be.  For example, the integral Calc finds for @c{$1/(x+\sqrt{x^2+1})$}
22837 @cite{1/(x+sqrt(x^2+1))}
22838 is several times more complicated than the answer Mathematica
22839 returns for the same input, although the two forms are numerically
22840 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
22841 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
22842 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
22843 Calc's solution for @c{$1/(1+\tan x)$}
22844 @cite{1/(1+tan(x))} differs from the solution given
22845 in the @emph{CRC Math Tables} by a constant factor of @c{$\pi i / 2$}
22846 @cite{pi i / 2},
22847 due to a different choice of constant of integration.
22848
22849 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
22850 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
22851 from degrees to radians mode, then they will be thrown out.  If you
22852 suspect this is not happening when it should, use the
22853 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
22854
22855 @vindex IntegLimit
22856 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
22857 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
22858 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
22859 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
22860 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
22861 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
22862 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
22863 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
22864 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
22865 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
22866 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
22867 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
22868
22869 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
22870 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
22871 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
22872 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
22873 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
22874
22875 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
22876 @subsection Customizing the Integrator
22877
22878 @noindent
22879 @vindex IntegRules
22880 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
22881 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
22882 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
22883 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
22884 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
22885 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
22886 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
22887 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
22888 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
22889 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
22890 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
22891 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
22892 automatically made various transformations on the integral to allow it
22893 to use your rule; integral tables generally give rules for
22894 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
22895 in your @code{IntegRules}.
22896
22897 @cindex Exponential integral Ei(x)
22898 @c @starindex
22899 @tindex Ei
22900 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
22901 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
22902 integral'' function @c{${\rm Ei}(x)$}
22903 @cite{Ei(x)} was invented to describe it.
22904 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
22905 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
22906 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
22907 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
22908 work with Calc's various built-in integration methods (such as
22909 integration by substitution) to solve a variety of other problems
22910 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
22911 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
22912 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
22913
22914 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
22915 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
22916 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
22917 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
22918 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
22919 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
22920 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
22921 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
22922 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still legal
22923 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
22924 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
22925 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
22926 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
22927
22928 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
22929 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
22930 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
22931 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
22932 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
22933 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
22934 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
22935 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
22936 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
22937 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
22938 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
22939 it need not be.
22940
22941 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
22942 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
22943 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
22944 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
22945 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
22946 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
22947 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
22948 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
22949 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
22950 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
22951 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
22952 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
22953 own with the information it knows, then your substitution rule will
22954 work only in very specific, simple cases.
22955
22956 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
22957 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
22958 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
22959 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
22960 forever!)
22961
22962 @vindex IntegSimpRules
22963 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
22964 every time the integrator uses @kbd{a s} to simplify an intermediate
22965 result.  For example, putting the rule @samp{twice(x) := 2 x} into
22966 @code{IntegSimpRules} would tell Calc to convert the @code{twice}
22967 function into a form it knows whenever integration is attempted.
22968
22969 One more way to influence the integrator is to define a function with
22970 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
22971 integrator automatically expands such functions according to their
22972 defining formulas, even if you originally asked for the function to
22973 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
22974 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
22975 do this.)
22976
22977 @vindex IntegAfterRules
22978 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
22979 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
22980 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
22981 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
22982 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
22983 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
22984 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
22985 (It also does an @kbd{a s}, without @code{IntegSimpRules}, after that
22986 to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
22987 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
22988 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
22989 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
22990 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
22991 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
22992 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
22993 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
22994 @code{IntegSimpRules}.
22995
22996 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
22997 @subsection Numerical Integration
22998
22999 @noindent
23000 @kindex a I
23001 @pindex calc-num-integral
23002 @tindex ninteg
23003 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23004 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23005 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23006 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23007 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23008 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23009
23010 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23011 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23012 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23013 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23014 the Romberg method works especially well when the function being
23015 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23016 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23017 determine the value of the integral.
23018
23019 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23020 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23021 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23022 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23023 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23024 well-behaved in the specified interval.
23025
23026 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23027 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23028 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23029 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23030 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23031 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23032 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23033
23034 @node Taylor Series, , Numerical Integration, Calculus
23035 @subsection Taylor Series
23036
23037 @noindent
23038 @kindex a t
23039 @pindex calc-taylor
23040 @tindex taylor
23041 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23042 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23043 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23044 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23045 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23046 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23047 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23048 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23049 may appear to get fewer terms than you asked for.@refill
23050
23051 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23052 function, you can get an approximation by integrating the function's
23053 Taylor series.
23054
23055 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23056 @section Solving Equations
23057
23058 @noindent
23059 @kindex a S
23060 @pindex calc-solve-for
23061 @tindex solve
23062 @cindex Equations, solving
23063 @cindex Solving equations
23064 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23065 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23066 expression of the form @cite{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23067 will rearrange @cite{y = 3x + 6} to the form, @cite{x = y/3 - 2}.  If the
23068 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23069 form @cite{X = 0}.
23070
23071 This command also works for inequalities, as in @cite{y < 3x + 6}.
23072 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23073 be; for example, solving @c{$a < b \, c$}
23074 @cite{a < b c} for @cite{b} is impossible
23075 without knowing the sign of @cite{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23076 produce the result @c{$b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c$}
23077 @cite{b != a/c} (using the not-equal-to operator)
23078 to signify that the direction of the inequality is now unknown.  The
23079 inequality @c{$a \le b \, c$}
23080 @cite{a <= b c} is not even partially solved.
23081 @xref{Declarations}, for a way to tell Calc that the signs of the
23082 variables in a formula are in fact known.
23083
23084 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23085 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @cite{x = y/3 - 2}
23086 to @cite{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23087 another formula with @cite{x} set equal to @cite{y/3 - 2}.
23088
23089 @menu 
23090 * Multiple Solutions::
23091 * Solving Systems of Equations::
23092 * Decomposing Polynomials::
23093 @end menu
23094
23095 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23096 @subsection Multiple Solutions
23097
23098 @noindent
23099 @kindex H a S
23100 @tindex fsolve
23101 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23102 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23103 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23104 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23105 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23106 signs (either @i{+1} or @i{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23107 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23108 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23109 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23110 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23111 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23112 of these variables.
23113
23114 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23115 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23116 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23117 think about it is that the square-root operation is really a
23118 two-valued function; since every Calc function must return a
23119 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23120 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23121 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23122
23123 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23124 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23125 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23126 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23127 Calc will report @cite{y = 9} as a valid solution, which is true
23128 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23129 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23130 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23131
23132 @cindex @code{GenCount} variable
23133 @vindex GenCount
23134 @c @starindex
23135 @tindex an
23136 @c @starindex
23137 @tindex as
23138 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23139 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23140 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23141 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23142 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23143 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23144 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23145 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23146 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23147 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23148 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23149 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23150 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23151 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23152
23153 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23154 way to create or edit this variable.  Press @kbd{M-# M-#} to finish.
23155
23156 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23157 in that variable is not a positive integer, the regular
23158 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23159
23160 @kindex I a S
23161 @kindex H I a S
23162 @tindex finv
23163 @tindex ffinv
23164 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23165 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23166 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23167 For example, @kbd{I a S x} inverts @cite{2x + 6} to @cite{x/2 - 3}.
23168 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23169 fully general inverse, as described above.
23170
23171 @kindex a P
23172 @pindex calc-poly-roots
23173 @tindex roots
23174 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23175 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23176 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23177 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23178 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23179 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23180 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23181 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23182 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23183 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23184 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23185 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23186 reported; @pxref{Declarations}.)
23187
23188 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23189 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23190 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23191 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @cite{x^4}
23192 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23193 can be:  @cite{x^6 + x^3 + 1} is converted to @cite{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23194 which can be solved for @cite{x^3} using the quadratic equation, and then
23195 for @cite{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23196 @cite{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23197 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23198 list of numerical roots, however, provided that symbolic mode (@kbd{m s})
23199 is not turned on.  (If you work with symbolic mode on, recall that the
23200 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23201 formula on the stack with symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23202 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficients
23203 are all numbers (real or complex).
23204
23205 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23206 @subsection Solving Systems of Equations
23207
23208 @noindent
23209 @cindex Systems of equations, symbolic
23210 You can also use the commands described above to solve systems of
23211 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23212 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23213 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23214 at the prompt.)
23215
23216 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23217 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23218 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23219 have the same length as the variables vector, and the variables
23220 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23221 are not always simplified as far as possible; the solution for
23222 @cite{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23223 command.
23224
23225 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23226 time by solving one of the equations for that variable and then
23227 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23228 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23229 first tries to eliminate the first variable with the first
23230 equation, then the second variable with the second equation,
23231 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23232 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23233 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23234 nonlinear systems.
23235
23236 @c @starindex
23237 @tindex elim
23238 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23239 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23240 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23241 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23242 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23243 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23244 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23245 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23246 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23247 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23248 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23249 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23250
23251 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23252 Calc simply eliminates those variables from the equations
23253 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23254 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23255 eliminated will reduce the number of equations in the system
23256 by one.
23257
23258 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23259 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23260 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23261 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23262 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23263 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23264 variables you requested.)
23265
23266 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23267 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23268 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23269
23270 @node Decomposing Polynomials, , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23271 @subsection Decomposing Polynomials
23272
23273 @noindent
23274 @c @starindex
23275 @tindex poly
23276 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23277 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23278 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23279 @cite{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @cite{x},
23280 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
23281 not involve the variable @cite{x}, the input is returned in a list
23282 of length one, representing a polynomial with only a constant
23283 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @cite{[0, 1]}.
23284 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
23285 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @cite{[]}.
23286 Note also that @cite{x} may actually be any formula; for example,
23287 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @cite{[3, -1, 1]}.
23288
23289 @cindex Coefficients of polynomial
23290 @cindex Degree of polynomial
23291 To get the @cite{x^k} coefficient of polynomial @cite{p}, use
23292 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @cite{p},
23293 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
23294 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
23295 gives the @cite{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
23296
23297 @c @starindex
23298 @tindex gpoly
23299 One important feature of the solver is its ability to recognize
23300 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
23301 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
23302 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
23303 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
23304 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
23305 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
23306 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
23307 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
23308 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
23309 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
23310 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
23311 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
23312 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
23313 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
23314 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
23315 is considered trivial.
23316
23317 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
23318 since the expanded form of this polynomial is @cite{4 - 4 x + x^2}.
23319
23320 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
23321 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
23322 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
23323 since a quadratic polynomial in @cite{x^2} is easier to solve than
23324 a quartic polynomial in @cite{x}.
23325
23326 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
23327 discover:
23328
23329 @smallexample
23330 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
23331 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
23332 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
23333 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
23334 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
23335 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
23336 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
23337 @end smallexample
23338
23339 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
23340 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
23341 If this is @cite{n}, then only @var{c} vectors of length @cite{n+1}
23342 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
23343 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
23344 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
23345 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
23346 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
23347
23348 @c @starindex
23349 @tindex pdeg
23350 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
23351 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
23352 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
23353 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
23354 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
23355 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
23356 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
23357 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
23358 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
23359 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
23360 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
23361 (minus infinity).
23362
23363 @c @starindex
23364 @tindex plead
23365 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
23366 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
23367 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
23368 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
23369 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @cite{p = 0}.
23370
23371 @c @starindex
23372 @tindex pcont
23373 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
23374 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
23375 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
23376 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
23377 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
23378 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
23379 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
23380 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
23381 coefficient.
23382
23383 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
23384 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
23385 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
23386 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
23387 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
23388 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
23389 Dividing the polynomial by this number will clear all the
23390 denominators, as well as dividing by any common content in the
23391 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
23392 if all the coefficients in the polynomial are negative.
23393
23394 @c @starindex
23395 @tindex pprim
23396 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
23397 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
23398 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
23399 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
23400 terms.
23401
23402 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
23403 @section Numerical Solutions
23404
23405 @noindent
23406 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
23407 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
23408 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
23409 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
23410 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
23411
23412 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
23413 on numerical data.)
23414
23415 @menu
23416 * Root Finding::
23417 * Minimization::
23418 * Numerical Systems of Equations::
23419 @end menu
23420
23421 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
23422 @subsection Root Finding
23423
23424 @noindent
23425 @kindex a R
23426 @pindex calc-find-root
23427 @tindex root
23428 @cindex Newton's method
23429 @cindex Roots of equations
23430 @cindex Numerical root-finding
23431 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
23432 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
23433 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
23434 of formula, it is interpreted as an equation of the form @cite{X = 0}.)
23435
23436 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
23437 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
23438 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
23439 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
23440 a value is assigned to the solution variable and the formula is
23441 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
23442 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
23443 this command.
23444
23445 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
23446 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
23447 solves the equation, and the difference between the lefthand and
23448 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
23449 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
23450 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
23451 number may be slightly different from the value you would compute from
23452 the equation yourself.)
23453
23454 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
23455 the first element of the result vector, discarding the error term.
23456
23457 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
23458 for a real solution near that number, or a complex number, in which
23459 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
23460 solution, or it can be an interval form which restricts the search
23461 to real numbers inside that interval.
23462
23463 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
23464 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
23465 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
23466 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
23467 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
23468 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
23469 complex number, the function must be differentiable.
23470
23471 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
23472 is negative at one end of the interval you specify and positive at
23473 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
23474 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
23475 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
23476 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
23477
23478 @kindex H a R
23479 @tindex wroot
23480 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
23481 that if the initial guess is an interval for which the function has
23482 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
23483 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
23484 you are not sure if the function has a root in your interval.
23485
23486 If the function is not differentiable, and you give a simple number
23487 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
23488 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
23489 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
23490 require a bounding interval in order to work.)
23491
23492 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
23493 form on the stack, it will normally display an explanation for why
23494 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
23495 (@code{calc-why}) to get it back.
23496
23497 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
23498 @subsection Minimization
23499
23500 @noindent
23501 @kindex a N
23502 @kindex H a N
23503 @kindex a X
23504 @kindex H a X
23505 @pindex calc-find-minimum
23506 @pindex calc-find-maximum
23507 @tindex minimize
23508 @tindex maximize
23509 @cindex Minimization, numerical
23510 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
23511 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
23512 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
23513 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
23514 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
23515 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
23516 value of the variable which minimizes the formula's value, along
23517 with the minimum value itself.
23518
23519 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
23520 have more than one minimum; some, like @c{$x \sin x$}
23521 @cite{x sin(x)}, have infinitely
23522 many.  In fact, there is no easy way to define the ``global'' minimum
23523 of @c{$x \sin x$}
23524 @cite{x sin(x)} but Calc can still locate any particular local minimum
23525 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
23526 finds a point at which the function's value is greater both to the left
23527 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
23528
23529 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
23530 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
23531 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @cite{17 x}
23532 over @cite{[2..3]} will return @cite{[2, 38]}, but minimizing over
23533 @cite{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
23534 use closed intervals to find literally the minimum value in that
23535 range of @cite{x}, or open intervals to find the local minimum, if
23536 any, that happens to lie in that range.
23537
23538 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
23539 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
23540 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
23541 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
23542 answer.
23543
23544 @c @mindex wmin@idots
23545 @tindex wminimize
23546 @c @mindex wmax@idots
23547 @tindex wmaximize
23548 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
23549 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
23550 that the minimum lie inside the interval you supply.
23551
23552 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
23553 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
23554 negative of the formula you supply.
23555
23556 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
23557 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
23558 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
23559 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
23560 be minimized over the reals.
23561
23562 @node Numerical Systems of Equations, , Minimization, Numerical Solutions
23563 @subsection Systems of Equations
23564
23565 @noindent
23566 @cindex Systems of equations, numerical
23567 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
23568 case, the equation should instead be a vector of equations, the
23569 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
23570 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
23571 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
23572 equation must be differentiable by each variable for this mode to
23573 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
23574 values that solved the system of equations, and the differences
23575 between the sides of the equations with those variable values.
23576 There must be the same number of equations as variables.  Since
23577 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
23578 no effect when solving a system of equations.
23579
23580 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
23581 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
23582 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
23583 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
23584 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
23585 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
23586 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
23587
23588 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
23589 @section Curve Fitting
23590
23591 @noindent
23592 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
23593 such as @cite{y = m x + b} where @cite{m} and @cite{b} are parameters
23594 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
23595 no single @cite{m} and @cite{b} that exactly fit the data; in this
23596 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
23597 possible fit.
23598
23599 @menu
23600 * Linear Fits::
23601 * Polynomial and Multilinear Fits::
23602 * Error Estimates for Fits::
23603 * Standard Nonlinear Models::
23604 * Curve Fitting Details::
23605 * Interpolation::
23606 @end menu
23607
23608 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
23609 @subsection Linear Fits
23610
23611 @noindent
23612 @kindex a F
23613 @pindex calc-curve-fit
23614 @tindex fit
23615 @cindex Linear regression
23616 @cindex Least-squares fits
23617 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
23618 to fit a set of data (@cite{x} and @cite{y} vectors of numbers) to a
23619 straight line, polynomial, or other function of @cite{x}.  For the
23620 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
23621 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
23622 fit for the data.
23623
23624 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @cite{(x,y)}
23625 data points that we wish to fit to the model @cite{y = m x + b}
23626 by adjusting the parameters @cite{m} and @cite{b} to make the @cite{y}
23627 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
23628 @cite{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
23629 instead, say, @cite{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
23630 we have data points of the form @cite{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
23631 @cite{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
23632
23633 In the model formula, variables like @cite{x} and @cite{x_2} are called
23634 the @dfn{independent variables}, and @cite{y} is the @dfn{dependent
23635 variable}.  Variables like @cite{m}, @cite{a}, and @cite{b} are called
23636 the @dfn{parameters} of the model.
23637
23638 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
23639 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
23640 for a linear or polynomial fit, this would be a @c{$2\times N$}
23641 @asis{2xN} matrix where
23642 the first row is a list of @cite{x} values and the second row has the
23643 corresponding @cite{y} values.  For the multilinear fit shown above,
23644 the matrix would have four rows (@cite{x_1}, @cite{x_2}, @cite{x_3}, and
23645 @cite{y}, respectively).
23646
23647 If you happen to have an @c{$N\times2$}
23648 @asis{Nx2} matrix instead of a @c{$2\times N$}
23649 @asis{2xN} matrix,
23650 just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
23651
23652 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
23653 linear fit, press the digit @kbd{1}.
23654
23655 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
23656 high letters like @cite{x} and @cite{y} for independent variables and
23657 low letters like @cite{a} and @cite{b} for parameters.  (The dependent
23658 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
23659 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
23660 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
23661 name only those and let the parameters use default names.
23662
23663 For example, suppose the data matrix
23664
23665 @ifnottex
23666 @group
23667 @example
23668 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
23669   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
23670 @end example
23671 @end group
23672 @end ifnottex
23673 @tex
23674 \turnoffactive
23675 \turnoffactive
23676 \beforedisplay
23677 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
23678              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
23679 $$
23680 \afterdisplay
23681 @end tex
23682
23683 @noindent
23684 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
23685 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @kbd{RET} to use
23686 the default names.  The result will be the formula @cite{3 + 2 x}
23687 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
23688 then found the optimal values of @cite{a} and @cite{b} to fit the
23689 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
23690 substituted those values for @cite{a} and @cite{b} in the model
23691 formula.
23692
23693 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
23694 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
23695 a vector of the actual parameter values, written as equations:
23696 @cite{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
23697 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
23698 to move this vector to the stack; @pxref{Trail Commands}.)
23699
23700 Specifying a different independent variable name will affect the
23701 resulting formula: @kbd{a F 1 k RET} produces @kbd{3 + 2 k}.
23702 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m RET}) will affect
23703 the equations that go into the trail.
23704
23705 @tex
23706 \bigskip
23707 @end tex
23708
23709 To see what happens when the fit is not exact, we could change
23710 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
23711 The result is:
23712
23713 @example
23714 2.6 + 2.2 x
23715 @end example
23716
23717 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 RET TAB V M $ RET}, shows
23718 a reasonably close match to the y-values in the data.
23719
23720 @example
23721 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
23722 @end example
23723
23724 Since there is no line which passes through all the @i{N} data points,
23725 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
23726 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
23727 error measure
23728
23729 @ifnottex
23730 @example
23731 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
23732 @end example
23733 @end ifnottex
23734 @tex
23735 \turnoffactive
23736 \beforedisplay
23737 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
23738 \afterdisplay
23739 @end tex
23740
23741 @noindent
23742 which is clearly zero if @cite{a + b x} exactly fits all data points,
23743 and increases as various @cite{a + b x_i} values fail to match the
23744 corresponding @cite{y_i} values.  There are several reasons why the
23745 summand is squared, one of them being to ensure that @c{$\chi^2 \ge 0$}
23746 @cite{chi^2 >= 0}.
23747 Least-squares fitting simply chooses the values of @cite{a} and @cite{b}
23748 for which the error @c{$\chi^2$}
23749 @cite{chi^2} is as small as possible.
23750
23751 Other kinds of models do the same thing but with a different model
23752 formula in place of @cite{a + b x_i}.
23753
23754 @tex
23755 \bigskip
23756 @end tex
23757
23758 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
23759 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @i{N}
23760 will take @i{N} items from the stack, corresponding to the @i{N} rows
23761 of a data matrix.  In the linear case, @i{N} must be 2 since there
23762 is always one independent variable and one dependent variable.
23763
23764 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
23765 items from the stack, an @i{N}-row matrix of @cite{x} values, and a
23766 vector of @cite{y} values.  If there is only one independent variable,
23767 the @cite{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
23768 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
23769
23770 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
23771 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
23772
23773 @noindent
23774 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
23775 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
23776 we could fit the original data matrix from the previous section
23777 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
23778 @kbd{a F 2 RET}.
23779
23780 @example
23781 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
23782 @end example
23783
23784 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
23785 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
23786 for @cite{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
23787 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
23788 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get fraction mode.
23789 Then the @cite{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
23790 the data being fitted will be approximate floats so fraction mode
23791 won't help.)
23792
23793 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
23794 gives a much larger @cite{x^2} contribution, as Calc bends the
23795 line slightly to improve the fit.
23796
23797 @example
23798 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
23799 @end example
23800
23801 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
23802 is always possible to fit @i{N} data points exactly using a polynomial
23803 of degree @i{N-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
23804 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
23805 a polynomial that exactly matches all five data points:
23806
23807 @example
23808 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
23809 @end example
23810
23811 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
23812 @cite{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
23813 It is a good idea to increase the working precision to several
23814 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
23815 Or, if your data are exact, use fraction mode to get exact
23816 results.
23817
23818 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
23819 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
23820 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
23821 automatically.
23822
23823 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
23824 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
23825 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
23826 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
23827 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
23828 command described below.  @xref{Interpolation}.
23829
23830 @tex
23831 \bigskip
23832 @end tex
23833
23834 Another generalization of the linear model is to assume the
23835 @cite{y} values are a sum of linear contributions from several
23836 @cite{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
23837 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
23838 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
23839
23840 Given the data matrix,
23841
23842 @group
23843 @example
23844 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
23845   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
23846   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
23847 @end example
23848 @end group
23849
23850 @noindent
23851 the command @kbd{a F 1 RET} will call the first row @cite{x} and the
23852 second row @cite{y}, and will fit the values in the third row to the
23853 model @cite{a + b x + c y}.
23854
23855 @example
23856 8. + 3. x + 0.5 y
23857 @end example
23858
23859 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
23860 (i.e., with any number of data rows).
23861
23862 @tex
23863 \bigskip
23864 @end tex
23865
23866 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
23867 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
23868 means the model formula is simply @cite{a x}; in the multilinear
23869 case, the model might be @cite{a x + b y + c z}; and in the polynomial
23870 case, the model could be @cite{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
23871 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
23872 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
23873
23874 It is certainly possible to have other constrained linear models,
23875 like @cite{2.3 + a x} or @cite{a - 4 x}.  While there is no single
23876 key to select models like these, a later section shows how to enter
23877 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
23878 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
23879
23880 Another class of models that will work but must be entered by hand
23881 are multinomial fits, e.g., @cite{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
23882
23883 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
23884 @subsection Error Estimates for Fits
23885
23886 @noindent
23887 @kindex H a F
23888 @tindex efit
23889 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
23890 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
23891 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
23892 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
23893
23894 @example
23895 3. + 2. x
23896 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
23897 @end example
23898
23899 In the first case the estimated errors are zero because the linear
23900 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
23901 moderately small, because the data are still very close to linear.
23902
23903 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
23904 contain error forms.  The data values must either all include errors
23905 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
23906 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
23907 row contains error forms
23908 `@i{y_i}@w{ @t{+/-} }@c{$\sigma_i$}
23909 @i{sigma_i}', then the @c{$\chi^2$}
23910 @cite{chi^2}
23911 statistic is now,
23912
23913 @ifnottex
23914 @example
23915 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
23916 @end example
23917 @end ifnottex
23918 @tex
23919 \turnoffactive
23920 \beforedisplay
23921 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
23922 \afterdisplay
23923 @end tex
23924
23925 @noindent
23926 so that data points with larger error estimates contribute less to
23927 the fitting operation.
23928
23929 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
23930 errors for a given data point are combined; the square root of the
23931 sum of the squares of the errors forms the @c{$\sigma_i$}
23932 @cite{sigma_i} used for
23933 the data point.
23934
23935 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
23936 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
23937 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
23938 estimates.
23939
23940 If the input contains error forms but all the @c{$\sigma_i$}
23941 @cite{sigma_i} values are
23942 the same, it is easy to see that the resulting fitted model will be
23943 the same as if the input did not have error forms at all (@c{$\chi^2$}
23944 @cite{chi^2}
23945 is simply scaled uniformly by @c{$1 / \sigma^2$}
23946 @cite{1 / sigma^2}, which doesn't affect
23947 where it has a minimum).  But there @emph{will} be a difference
23948 in the estimated errors of the coefficients reported by @kbd{H a F}.
23949
23950 Consult any text on statistical modelling of data for a discussion
23951 of where these error estimates come from and how they should be
23952 interpreted.
23953
23954 @tex
23955 \bigskip
23956 @end tex
23957
23958 @kindex I a F
23959 @tindex xfit
23960 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
23961 information.  The result is a vector of six items:
23962
23963 @enumerate
23964 @item
23965 The model formula with error forms for its coefficients or
23966 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
23967 produced.
23968
23969 @item
23970 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
23971 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
23972 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
23973 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @cite{d}, this vector
23974 will have length @cite{M = d+1} with the constant term first.
23975
23976 @item
23977 The covariance matrix @cite{C} computed from the fit.  This is
23978 an @i{M}x@i{M} symmetric matrix; the diagonal elements
23979 @c{$C_{jj}$}
23980 @cite{C_j_j} are the variances @c{$\sigma_j^2$}
23981 @cite{sigma_j^2} of the parameters.
23982 The other elements are covariances @c{$\sigma_{ij}^2$}
23983 @cite{sigma_i_j^2} that describe the
23984 correlation between pairs of parameters.  (A related set of
23985 numbers, the @dfn{linear correlation coefficients} @c{$r_{ij}$}
23986 @cite{r_i_j},
23987 are defined as @c{$\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j$}
23988 @cite{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
23989
23990 @item
23991 A vector of @cite{M} ``parameter filter'' functions whose
23992 meanings are described below.  If no filters are necessary this
23993 will instead be an empty vector; this is always the case for the
23994 polynomial and multilinear fits described so far.
23995
23996 @item
23997 The value of @c{$\chi^2$}
23998 @cite{chi^2} for the fit, calculated by the formulas
23999 shown above.  This gives a measure of the quality of the fit;
24000 statisticians consider @c{$\chi^2 \approx N - M$}
24001 @cite{chi^2 = N - M} to indicate a moderately good fit
24002 (where again @cite{N} is the number of data points and @cite{M}
24003 is the number of parameters).
24004
24005 @item
24006 A measure of goodness of fit expressed as a probability @cite{Q}.
24007 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24008 function using @c{$\chi^2$}
24009 @cite{chi^2} with @cite{N - M} degrees of freedom.  A
24010 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24011 @cite{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24012 particular, @c{$\chi^2$}
24013 @cite{chi^2} statistics assume the errors in your inputs
24014 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24015 have to accept smaller values of @cite{Q}.
24016
24017 The @cite{Q} value is computed only if the input included error
24018 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24019 for @cite{Q}.  The reason is that in this case the @c{$\chi^2$}
24020 @cite{chi^2}
24021 value has effectively been used to estimate the original errors
24022 in the input, and thus there is no redundant information left
24023 over to use for a confidence test.
24024 @end enumerate
24025
24026 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24027 @subsection Standard Nonlinear Models
24028
24029 @noindent
24030 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24031 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24032 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24033
24034 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24035
24036 @table @kbd
24037 @item 1
24038 Linear or multilinear.  @i{a + b x + c y + d z}.
24039 @item 2-9
24040 Polynomials.  @i{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24041 @item e
24042 Exponential.  @i{a} @t{exp}@i{(b x)} @t{exp}@i{(c y)}.
24043 @item E
24044 Base-10 exponential.  @i{a} @t{10^}@i{(b x)} @t{10^}@i{(c y)}.
24045 @item x
24046 Exponential (alternate notation).  @t{exp}@i{(a + b x + c y)}.
24047 @item X
24048 Base-10 exponential (alternate).  @t{10^}@i{(a + b x + c y)}.
24049 @item l
24050 Logarithmic.  @i{a + b} @t{ln}@i{(x) + c} @t{ln}@i{(y)}.
24051 @item L
24052 Base-10 logarithmic.  @i{a + b} @t{log10}@i{(x) + c} @t{log10}@i{(y)}.
24053 @item ^
24054 General exponential.  @i{a b^x c^y}.
24055 @item p
24056 Power law.  @i{a x^b y^c}.
24057 @item q
24058 Quadratic.  @i{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24059 @item g
24060 Gaussian.  @c{${a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)$}
24061 @i{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24062 @end table
24063
24064 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24065 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24066 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24067 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24068 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24069
24070 All models except Gaussian and polynomials can generalize as shown to any
24071 number of independent variables.  Also, all the built-in models have an
24072 additive or multiplicative parameter shown as @cite{a} in the above table
24073 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24074 before the model key.
24075
24076 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24077 the parameters slightly differently.  For example, @cite{a b^x} and
24078 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24079 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24080 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24081 matches the problem.
24082
24083 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24084 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24085 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24086 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24087 @cite{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24088 @cite{b} is what it calls the ``slope.''
24089
24090 @tex
24091 \bigskip
24092 @end tex
24093
24094 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24095 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24096 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24097 will work, though---see the next section for details.)
24098
24099 The model can also be an equation like @cite{y = m x + b}.
24100 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24101 equal terms; this model effectively has two parameters
24102 (@cite{m} and @cite{b}) and two independent variables (@cite{x}
24103 and @cite{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24104 do not need to take this @cite{y =} form.  For example, the
24105 implicit line equation @cite{a x + b y = 1} works fine as a
24106 model.
24107
24108 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24109 the variables that appear in the model.  These are used for the
24110 default parameters, independent variables, and dependent variable
24111 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24112 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24113 and thus does not need a name.
24114
24115 For example, if the model formula has the variables @cite{a,mu,sigma,t,x},
24116 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24117 Calc will use @cite{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24118 data rows will be named @cite{t} and @cite{x}, respectively.  If you
24119 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @cite{a,mu}
24120 as the parameters, and @cite{sigma,t,x} as the three independent
24121 variables.
24122
24123 You can, of course, override these choices by entering something
24124 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24125 those variables must have stored values and those stored values will
24126 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24127 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24128 If you list only independent variables, all the remaining variables
24129 in the model formula will become parameters.
24130
24131 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24132 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24133 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24134 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24135 a linear model.
24136
24137 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24138 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24139 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24140 choose which variables in the formula are independent by default and
24141 which are parameters.
24142
24143 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24144 two or three elements, @cite{[@var{model}, @var{vars}]} or
24145 @cite{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24146 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24147 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24148 those listed as @var{vars} are parameters.)@refill
24149
24150 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24151 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24152
24153 @tex
24154 \bigskip
24155 @end tex
24156
24157 @vindex Model1
24158 @vindex Model2
24159 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24160 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24161 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24162 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24163 accept for a model on the stack.
24164
24165 @tex
24166 \bigskip
24167 @end tex
24168
24169 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24170 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24171 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24172 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24173 returns results in the range from @i{-90} to 90 degrees (or the
24174 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24175 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24176 so that the argument of the sine might go from zero to @c{$3\times360$}
24177 @i{3*360} degrees.
24178 The above model would appear to be a good way to determine the
24179 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24180 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24181 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @cite{t}, but
24182 the lefthand side will bounce back and forth between @i{-90} and 90.
24183 No values of @cite{a} and @cite{b} can make the two sides match,
24184 even approximately.
24185
24186 There is no good solution to this problem at present.  You could
24187 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24188 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24189 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24190 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24191 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24192 taking Fourier and related transforms.)
24193
24194 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24195 @subsection Curve Fitting Details
24196
24197 @noindent
24198 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24199 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24200 @cite{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @cite{a,b,c}
24201 are the parameters and @cite{x,y,z} are the independent variables
24202 (of course there can be any number of each, not just three).
24203
24204 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24205 to convert the model into this form.  For example, if the model
24206 is @cite{a + b x + c x^2}, then @cite{f(x) = 1}, @cite{g(x) = x},
24207 and @cite{h(x) = x^2} are suitable functions.
24208
24209 For other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24210 to try to put the problem into the form
24211
24212 @smallexample
24213 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)
24214 @end smallexample
24215
24216 @noindent
24217 where @cite{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24218 @cite{Y}, @cite{F}, @cite{G}, and @cite{H} for all the data points,
24219 does a standard linear fit to find the values of @cite{A}, @cite{B},
24220 and @cite{C}, then uses the equation solver to solve for @cite{a,b,c}
24221 in terms of @cite{A,B,C}.
24222
24223 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24224 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24225 model @cite{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24226 can be rewritten as follows:
24227
24228 @example
24229 y = a x^b
24230 y = a exp(b ln(x))
24231 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24232 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24233 @end example
24234
24235 @noindent
24236 which matches the desired form with @c{$Y = \ln(y)$}
24237 @cite{Y = ln(y)}, @c{$A = \ln(a)$}
24238 @cite{A = ln(a)},
24239 @cite{F = 1}, @cite{B = b}, and @c{$G = \ln(x)$}
24240 @cite{G = ln(x)}.  Calc thus computes
24241 the logarithms of your @cite{y} and @cite{x} values, does a linear fit
24242 for @cite{A} and @cite{B}, then solves to get @c{$a = \exp(A)$}
24243 @cite{a = exp(A)} and
24244 @cite{b = B}.
24245
24246 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
24247 be handled by expanding according to the distributive law.
24248
24249 @example
24250 y = a + b*(x - c)^2
24251 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
24252 @end example
24253
24254 @noindent
24255 which matches with @cite{Y = y}, @cite{A = a + b c^2}, @cite{F = 1},
24256 @cite{B = -2 b c}, @cite{G = x} (the @i{-2} factor could just as easily
24257 have been put into @cite{G} instead of @cite{B}), @cite{C = b}, and
24258 @cite{H = x^2}.
24259
24260 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
24261 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
24262 exponential that can be brought to the top and moved into @cite{Y}.
24263
24264 An example of a model that cannot be put into general linear
24265 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
24266 @cite{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
24267 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
24268 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
24269 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
24270 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
24271 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
24272 Note that some models can be linearized in several ways.  The
24273 Gaussian-plus-@i{d} model can be linearized by setting @cite{d}
24274 (the background) to a constant, or by setting @cite{b} (the standard
24275 deviation) and @cite{c} (the mean) to constants.
24276
24277 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
24278 store suitable values in those parameter variables, then omit them
24279 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
24280
24281 @tex
24282 \bigskip
24283 @end tex
24284
24285 A last desperate step would be to use the general-purpose
24286 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
24287 functions solve the problem of minimizing an expression (the @c{$\chi^2$}
24288 @cite{chi^2}
24289 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
24290 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
24291 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
24292 command can do the same thing by brute force.
24293
24294 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
24295 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
24296 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
24297 to be minimized would be the value of @c{$\chi^2$}
24298 @cite{chi^2} returned as
24299 the fifth result of the @code{xfit} function:
24300
24301 @smallexample
24302 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
24303 @end smallexample
24304
24305 @noindent
24306 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
24307 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
24308 the initial guess for @cite{d} that @code{minimize} requires.
24309 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
24310 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
24311 were used by itself to solve the problem).
24312
24313 @tex
24314 \bigskip
24315 @end tex
24316
24317 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
24318 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
24319 vector of ``raw'' parameters @cite{A}, @cite{B}, @cite{C}.  The
24320 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
24321 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
24322 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
24323 as the requested parameters, i.e., if @cite{A = a}, @cite{B = b},
24324 and so on (which is always true if the model is already linear
24325 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
24326 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
24327 of one formula per parameter in the original model.  The raw
24328 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
24329 @samp{fitdummy(1)} for @cite{A}, @samp{fitdummy(2)} for @cite{B},
24330 and so on.
24331
24332 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
24333 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
24334 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
24335 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
24336 values to be substituted into the original model.  In the case of
24337 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
24338 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
24339 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
24340 standard error-form arithmetic take it from there.
24341
24342 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
24343 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
24344 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
24345 figure out how to interpret the covariances in the presence of
24346 nontrivial filter functions.
24347
24348 Things are also complicated when the input contains error forms.
24349 Suppose there are three independent and dependent variables, @cite{x},
24350 @cite{y}, and @cite{z}, one or more of which are error forms in the
24351 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
24352 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @cite{x}
24353 and @cite{y} to be plain numbers, and makes @cite{z} into an error
24354 form with this combined error.  The @cite{Y(x,y,z)} part of the
24355 linearized model is evaluated, and the result should be an error
24356 form.  The error part of that result is used for @c{$\sigma_i$}
24357 @cite{sigma_i} for
24358 the data point.  If for some reason @cite{Y(x,y,z)} does not return
24359 an error form, the combined error from @cite{z} is used directly
24360 for @c{$\sigma_i$}
24361 @cite{sigma_i}.  Finally, @cite{z} is also stripped of its error
24362 for use in computing @cite{F(x,y,z)}, @cite{G(x,y,z)} and so on;
24363 the righthand side of the linearized model is computed in regular
24364 arithmetic with no error forms.
24365
24366 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
24367 the most reasonable thing in the typical case that @cite{Y(x,y,z)}
24368 depends only on the dependent variable @cite{z}, and in fact is
24369 often simply equal to @cite{z}.  For common cases like polynomials
24370 and multilinear models, the combined error is simply used as the
24371 @c{$\sigma$}
24372 @cite{sigma} for the data point with no further ado.)
24373
24374 @tex
24375 \bigskip
24376 @end tex
24377
24378 @vindex FitRules
24379 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
24380 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
24381 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
24382 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
24383 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
24384 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
24385 @xref{Operations on Variables}.
24386
24387 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
24388
24389 @c @starindex
24390 @tindex fitvar
24391 @c @starindex
24392 @c @mindex @idots
24393 @tindex fitparam
24394 @c @starindex
24395 @c @mindex @null
24396 @tindex fitmodel
24397 @c @starindex
24398 @c @mindex @null
24399 @tindex fitsystem
24400 @c @starindex
24401 @c @mindex @null
24402 @tindex fitdummy
24403 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
24404 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
24405 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
24406 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
24407 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
24408 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
24409 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
24410 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
24411 model @cite{a x^b} is converted to @cite{y = a x^b}, then to
24412
24413 @group
24414 @smallexample
24415 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
24416 @end smallexample
24417 @end group
24418
24419 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
24420 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
24421 changes are possible.)
24422
24423 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
24424 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
24425
24426 @example
24427 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
24428 @end example
24429
24430 @noindent
24431 where @var{Y} is a formula that describes the function @cite{Y(x,y,z)},
24432 @var{FGH} is the vector of formulas @cite{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
24433 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
24434 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @cite{A}, @samp{fitdummy(2)}
24435 for @cite{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
24436 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
24437 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
24438
24439 The power law model eventually boils down to
24440
24441 @group
24442 @smallexample
24443 fitsystem(ln(fitvar(2)),
24444           [1, ln(fitvar(1))],
24445           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
24446 @end smallexample
24447 @end group
24448
24449 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
24450 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
24451 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
24452 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
24453 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
24454 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
24455 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
24456 and the distributive law is used to expand products of sums.
24457 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
24458 @samp{fitinv(x)} represents @cite{1/x} while the @code{FitRules}
24459 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
24460 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
24461 will probably only need to modify the rules for this phase.
24462
24463 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
24464 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
24465 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
24466 initially zero and @var{model} has been changed from @cite{a=b}
24467 to @cite{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
24468 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
24469 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
24470 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
24471 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
24472 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
24473 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
24474 raw parameters, for now.)
24475
24476 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
24477 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
24478 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
24479 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
24480 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
24481 that involve only independent variables.  (If this decomposition
24482 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
24483 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
24484 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
24485 using the distributive law in order to minimize the number of
24486 raw parameters needed.
24487
24488 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
24489 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
24490 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
24491 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
24492 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
24493 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
24494 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
24495 least-squares solver wants to see.
24496
24497 @c @starindex
24498 @c @mindex hasfit@idots
24499 @tindex hasfitparams
24500 @c @starindex
24501 @c @mindex @null
24502 @tindex hasfitvars
24503 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
24504 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
24505 whether @cite{x} refers to any parameters or independent variables,
24506 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
24507 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
24508 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
24509 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
24510 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
24511 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
24512
24513 @tex
24514 \bigskip
24515 @end tex
24516
24517 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
24518 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
24519 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
24520 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
24521 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
24522 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
24523 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
24524 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
24525 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
24526 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
24527
24528 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
24529 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
24530 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
24531 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
24532 and the lower ones for @var{params}.
24533
24534 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
24535 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
24536 and variables, as discussed previously.
24537
24538 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
24539 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
24540 message will be ``Model expression is too complex'' if the
24541 linearizer was unable to put the model into the required form.
24542
24543 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
24544 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
24545
24546 @node Interpolation, ,  Curve Fitting Details, Curve Fitting
24547 @subsection Polynomial Interpolation
24548
24549 @kindex a p
24550 @pindex calc-poly-interp
24551 @tindex polint
24552 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
24553 a polynomial interpolation at a particular @cite{x} value.  It takes
24554 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
24555 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @cite{x}
24556 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
24557 then substitutes the @cite{x} value into the result in order to get an
24558 approximate @cite{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
24559 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
24560 efficient and more numerically stable.)
24561
24562 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @cite{y}
24563 value approximation, and an error measure @cite{dy} that reflects Calc's
24564 estimation of the probable error of the approximation at that value of
24565 @cite{x}.  If the input @cite{x} is equal to any of the @cite{x} values
24566 in the data matrix, the output @cite{y} will be the corresponding @cite{y}
24567 value from the matrix, and the output @cite{dy} will be exactly zero.
24568
24569 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
24570 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
24571
24572 If @cite{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
24573 interpolated results for each of those @cite{x} values.  (The matrix will
24574 have two columns, the @cite{y} values and the @cite{dy} values.)
24575 If @cite{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
24576 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
24577 a formula that describes the fit in symbolic terms.
24578
24579 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
24580 on the stack.  Only the @cite{x} value is replaced by the result.
24581
24582 @kindex H a p
24583 @tindex ratint
24584 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
24585 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
24586 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
24587 @cite{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
24588 each have degree @cite{N/2} (if @cite{N} is odd, the denominator will
24589 have degree one higher than the numerator).
24590
24591 Rational approximations have the advantage that they can accurately
24592 describe functions that have poles (points at which the function's value
24593 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
24594 goes to zero).  If @cite{x} corresponds to a pole of the fitted rational
24595 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
24596 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
24597
24598 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
24599 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
24600 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
24601 capabilities to fit.)
24602
24603 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
24604 @section Summations
24605
24606 @noindent
24607 @cindex Summation of a series
24608 @kindex a +
24609 @pindex calc-summation
24610 @tindex sum
24611 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
24612 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
24613 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
24614 name of the summation index variable, the lower limit of the
24615 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
24616 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
24617 any later ones are answered by reading additional elements from
24618 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 RET ' k RET 1 RET 5 RET a + RET}
24619 produces the result 55.
24620 @tex
24621 \turnoffactive
24622 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
24623 @end tex
24624
24625 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
24626 use a variable with a stored value.  In particular, while
24627 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
24628 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @cite{(0, 1)}
24629 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
24630 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @cite{(0, 1)}!
24631 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
24632 @w{@kbd{s u i RET}} first to ``unstore'' this variable.
24633 (@xref{Storing Variables}.)
24634
24635 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
24636 than by one.  Thus @kbd{' a_k RET C-u -2 a + k RET 10 RET 0 RET}
24637 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
24638 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
24639 step value, in which case you can enter any formula or enter
24640 a blank line to take the step value from the stack.  With the
24641 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
24642 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
24643 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
24644
24645 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
24646 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
24647 this is possible if the formula being summed is polynomial or
24648 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
24649 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
24650 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
24651 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
24652 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
24653 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
24654 whenever it can for the sake of efficiency.
24655
24656 The notation for sums in algebraic formulas is
24657 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
24658 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
24659 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
24660 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
24661 and @samp{inf}, respectively.
24662
24663 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
24664 returns @cite{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
24665 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
24666 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
24667 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
24668 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
24669 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
24670 symbolic form.  @xref{Infinities}.
24671
24672 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
24673 described above) but the formula includes vectors subscripted by
24674 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
24675 the limits to include only the range of integers which result in
24676 legal subscripts for the vector.  For example, the sum
24677 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
24678
24679 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
24680 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
24681 Calc computes the number of iterations using the formula
24682 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
24683 after simplification as if by @kbd{a s}, evaluate to an integer.
24684
24685 If the number of iterations according to the above formula does
24686 not come out to an integer, the sum is illegal and will be left
24687 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
24688 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
24689 substituting mismatched bounds into them.  For example,
24690 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
24691 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
24692 the rather dubious answer, 29.25.
24693
24694 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
24695 positive step size), the result is generally zero.  However,
24696 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
24697 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
24698 of iterations is @i{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
24699 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
24700 if Calc used a closed form solution.
24701
24702 Calc's logical predicates like @cite{a < b} return 1 for ``true''
24703 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
24704 used to advantage for building conditional sums.  For example,
24705 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
24706 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
24707 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
24708 as ``the sum of @cite{k^2}, where @cite{k} is prime.''  Indeed,
24709 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
24710 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
24711 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
24712 closed form.
24713
24714 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
24715 sum of @cite{f(k)} for all @cite{k} from 1 to @cite{n}, excluding
24716 one value @cite{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
24717 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
24718 the sum of all @cite{1/(k-k_0)} except at @cite{k = k_0}, where
24719 this would be a division by zero.  But at @cite{k = k_0}, this
24720 formula works out to the indeterminate form @cite{0 / 0}, which
24721 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
24722 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
24723 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if @c{$k \ne k_0$}
24724 @cite{k != k_0},
24725 then @cite{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @cite{1/(k-k_0)}
24726 will not even be evaluated by Calc when @cite{k = k_0}.
24727
24728 @cindex Alternating sums
24729 @kindex a -
24730 @pindex calc-alt-summation
24731 @tindex asum
24732 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
24733 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
24734 are given alternating signs, with the first term (corresponding
24735 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
24736 are converted to normal sums with an extra term of the form
24737 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
24738 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
24739 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
24740 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
24741 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
24742 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
24743 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
24744
24745 @cindex Product of a sequence
24746 @kindex a *
24747 @pindex calc-product
24748 @tindex prod
24749 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
24750 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
24751 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
24752 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
24753 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
24754
24755 @kindex a T
24756 @pindex calc-tabulate
24757 @tindex table
24758 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
24759 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
24760 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
24761 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
24762 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
24763
24764 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
24765 @section Logical Operations
24766
24767 @noindent
24768 The following commands and algebraic functions return true/false values,
24769 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
24770 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
24771 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
24772 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
24773 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
24774 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
24775 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
24776 portion if its condition is provably true, but it will execute the
24777 ``else'' portion for any condition like @cite{a = b} that is not
24778 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
24779 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
24780 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
24781 false.  @xref{Declarations}.)
24782
24783 @kindex a =
24784 @pindex calc-equal-to
24785 @tindex eq
24786 @tindex =
24787 @tindex ==
24788 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
24789 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
24790 formula) is true if @cite{a} and @cite{b} are equal, either because they
24791 are identical expressions, or because they are numbers which are
24792 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
24793 1.0.)  If the equality of @cite{a} and @cite{b} cannot be determined,
24794 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
24795 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
24796 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
24797
24798 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
24799 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
24800 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
24801 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
24802 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
24803 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
24804 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
24805 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
24806 zero if not.
24807
24808 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
24809 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
24810 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
24811 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
24812 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
24813 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
24814 variables).
24815
24816 @kindex a #
24817 @pindex calc-not-equal-to
24818 @tindex neq
24819 @tindex !=
24820 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
24821 @samp{a != b} function, is true if @cite{a} and @cite{b} are not equal.
24822 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
24823 tests that all four of @cite{a}, @cite{b}, @cite{c}, and @cite{d} are
24824 distinct numbers.
24825
24826 @kindex a <
24827 @tindex lt
24828 @c @mindex @idots
24829 @kindex a >
24830 @c @mindex @null
24831 @kindex a [
24832 @c @mindex @null
24833 @kindex a ]
24834 @pindex calc-less-than
24835 @pindex calc-greater-than
24836 @pindex calc-less-equal
24837 @pindex calc-greater-equal
24838 @c @mindex @null
24839 @tindex gt
24840 @c @mindex @null
24841 @tindex leq
24842 @c @mindex @null
24843 @tindex geq
24844 @c @mindex @null
24845 @tindex <
24846 @c @mindex @null
24847 @tindex >
24848 @c @mindex @null
24849 @tindex <=
24850 @c @mindex @null
24851 @tindex >=
24852 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
24853 operation is true if @cite{a} is less than @cite{b}.  Similar functions
24854 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
24855 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
24856 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
24857
24858 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
24859 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
24860 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
24861 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
24862 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
24863 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
24864 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
24865 involve both equalities and inequalities, are not allowed.
24866
24867 @kindex a .
24868 @pindex calc-remove-equal
24869 @tindex rmeq
24870 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
24871 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
24872 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
24873 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
24874 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
24875 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
24876 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
24877 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
24878 the righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
24879 taking the lefthand side.
24880
24881 @kindex a &
24882 @pindex calc-logical-and
24883 @tindex land
24884 @tindex &&
24885 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
24886 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
24887 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @cite{a} or
24888 @cite{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
24889 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
24890
24891 @kindex a |
24892 @pindex calc-logical-or
24893 @tindex lor
24894 @tindex ||
24895 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
24896 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
24897 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
24898 are nonzero.  If both @cite{a} and @cite{b} are zero, the result is
24899 zero.
24900
24901 @kindex a !
24902 @pindex calc-logical-not
24903 @tindex lnot
24904 @tindex !
24905 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
24906 function is true if @cite{a} is false (zero), or false if @cite{a} is
24907 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @cite{a} is not a
24908 number.
24909
24910 @kindex a :
24911 @pindex calc-logical-if
24912 @tindex if
24913 @c @mindex ? :
24914 @tindex ?
24915 @c @mindex @null
24916 @tindex :
24917 @cindex Arguments, not evaluated
24918 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
24919 function is equal to either @cite{b} or @cite{c} if @cite{a} is a nonzero
24920 number or zero, respectively.  If @cite{a} is not a number, the test is
24921 left in symbolic form and neither @cite{b} nor @cite{c} is evaluated in
24922 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
24923 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
24924 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
24925 @code{condition}.
24926
24927 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
24928 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
24929 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
24930 @samp{a?(3):4} instead.
24931
24932 As a special case, if @cite{a} evaluates to a vector, then both @cite{b}
24933 and @cite{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
24934 as @cite{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
24935 @cite{b} and @cite{c} according to whether each element of @cite{a}
24936 is zero or nonzero.  Each of @cite{b} and @cite{c} must be either a
24937 vector of the same length as @cite{a}, or a non-vector which is matched
24938 with all elements of @cite{a}.
24939
24940 @kindex a @{
24941 @pindex calc-in-set
24942 @tindex in
24943 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
24944 the number @cite{a} is in the set of numbers represented by @cite{b}.
24945 If @cite{b} is an interval form, @cite{a} must be one of the values
24946 encompassed by the interval.  If @cite{b} is a vector, @cite{a} must be
24947 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
24948 intervals, @cite{a} must be in any of the intervals.)  If @cite{b} is a
24949 plain number, @cite{a} must be numerically equal to @cite{b}.
24950 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
24951 of this sort.
24952
24953 @c @starindex
24954 @tindex typeof
24955 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
24956 characterizes @cite{a}.  If @cite{a} is a number, vector, or variable,
24957 the result will be one of the following numbers:
24958
24959 @example
24960  1   Integer
24961  2   Fraction
24962  3   Floating-point number
24963  4   HMS form
24964  5   Rectangular complex number
24965  6   Polar complex number
24966  7   Error form
24967  8   Interval form
24968  9   Modulo form
24969 10   Date-only form
24970 11   Date/time form
24971 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
24972 100  Variable
24973 101  Vector (but not a matrix)
24974 102  Matrix
24975 @end example
24976
24977 Otherwise, @cite{a} is a formula, and the result is a variable which
24978 represents the name of the top-level function call.
24979
24980 @c @starindex
24981 @tindex integer
24982 @c @starindex
24983 @tindex real
24984 @c @starindex
24985 @tindex constant
24986 The @samp{integer(a)} function returns true if @cite{a} is an integer.
24987 The @samp{real(a)} function
24988 is true if @cite{a} is a real number, either integer, fraction, or
24989 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @cite{a} is
24990 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
24991 code result except for variables, and provided that the components of
24992 an object like a vector or error form are themselves constant.
24993 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
24994 special constants like @code{pi} and @code{e}.@refill
24995
24996 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
24997 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
24998 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
24999 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25000 literally an integer constant.
25001
25002 @c @starindex
25003 @tindex refers
25004 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25005 @cite{b} appears in @cite{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25006 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25007 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25008 @code{refers} will be left unevaluated is if @cite{a} is a plain
25009 variable (different from @cite{b}).
25010
25011 @c @starindex
25012 @tindex negative
25013 The @samp{negative(a)} function returns true if @cite{a} ``looks'' negative,
25014 because it is a negative number, because it is of the form @cite{-x},
25015 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25016 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25017 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @cite{a}, so it can only
25018 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25019 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25020 as a rewrite rule condition).
25021
25022 @c @starindex
25023 @tindex variable
25024 The @samp{variable(a)} function is true if @cite{a} is a variable,
25025 or false if not.  If @cite{a} is a function call, this test is left
25026 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25027 are considered variables like any others by this test.
25028
25029 @c @starindex
25030 @tindex nonvar
25031 The @samp{nonvar(a)} function is true if @cite{a} is a non-variable.
25032 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25033 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25034 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25035 often good enough.
25036
25037 @c @starindex
25038 @tindex lin
25039 @c @starindex
25040 @tindex linnt
25041 @c @starindex
25042 @tindex islin
25043 @c @starindex
25044 @tindex islinnt
25045 @cindex Linearity testing
25046 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25047 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25048 @cite{a + b x} for some constants @cite{a} and @cite{b}, and some
25049 variable or subformula @cite{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25050 if formula @cite{f} is linear in @cite{x}, returning 1 if so.  For
25051 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25052 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25053 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25054 @cite{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25055 @cite{[0, 1, x]}, @cite{[0, -1, x]}, @cite{[3, 0, x]}, and
25056 @cite{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25057 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25058 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25059 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25060 returns true.
25061
25062 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25063 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25064 @cite{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25065 returns @cite{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @cite{[y, 0, x]},
25066 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25067 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25068 linear in @cite{x}).
25069
25070 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25071 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25072 formula.  Here, the @cite{a=0}, @cite{b=1} case is also considered
25073 trivial, and only constant values for @cite{a} and @cite{b} are
25074 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @cite{[0, 2, x y]},
25075 @samp{lin(2 - x y)} returns @cite{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25076 returns @cite{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25077 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25078 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25079 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25080
25081 @c @starindex
25082 @tindex istrue
25083 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @cite{a} is a nonzero
25084 number or provably nonzero formula, or 0 if @cite{a} is anything else.
25085 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25086 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25087 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25088 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25089 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25090 in symbolic form.)
25091
25092 @node Rewrite Rules, , Logical Operations, Algebra
25093 @section Rewrite Rules
25094
25095 @noindent
25096 @cindex Rewrite rules
25097 @cindex Transformations
25098 @cindex Pattern matching
25099 @kindex a r
25100 @pindex calc-rewrite
25101 @tindex rewrite
25102 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25103 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25104 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25105 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25106 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25107 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25108 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25109 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25110 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25111
25112 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25113 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25114 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25115 entries are being parsed, converting strings of characters into
25116 Calc formulas.
25117
25118 @menu
25119 * Entering Rewrite Rules::
25120 * Basic Rewrite Rules::
25121 * Conditional Rewrite Rules::
25122 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25123 * Other Features of Rewrite Rules::
25124 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25125 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25126 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25127 * Selections with Rewrite Rules::
25128 * Matching Commands::
25129 * Automatic Rewrites::
25130 * Debugging Rewrites::
25131 * Examples of Rewrite Rules::
25132 @end menu
25133
25134 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25135 @subsection Entering Rewrite Rules
25136
25137 @noindent
25138 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25139 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25140 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25141 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25142 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25143 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25144 assignments in special ways.@refill
25145
25146 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25147 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25148 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
25149 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
25150 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
25151
25152 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
25153 rules.
25154
25155 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
25156 in several ways:
25157
25158 @enumerate
25159 @item
25160 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) RET}.
25161 @item
25162 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] RET}.
25163 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
25164 @item
25165 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
25166 @kbd{myrules RET}.
25167 @item
25168 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
25169 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
25170 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
25171 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
25172 @item
25173 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
25174 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
25175 rewritten will come from the second-to-top position).
25176 @end enumerate
25177
25178 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
25179 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
25180 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
25181
25182 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
25183 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
25184 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
25185 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
25186 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
25187 @pxref{Operations on Variables}.@refill
25188
25189 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
25190 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
25191 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
25192 through that variable, they will be compiled once and saved away
25193 along with the variable for later reference.  This is another good
25194 reason to store your rules in a variable.
25195
25196 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
25197 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
25198 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
25199
25200 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
25201 @subsection Basic Rewrite Rules
25202
25203 @noindent
25204 To match a particular formula @cite{x} with a particular rewrite rule
25205 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @cite{x} with
25206 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
25207 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @cite{x}
25208 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
25209 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
25210 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
25211 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
25212 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
25213 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
25214 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
25215
25216 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
25217 corresponding sub-formulas of @cite{x} must be identical.  Thus
25218 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
25219 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
25220 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
25221
25222 Things other than variables must match exactly between the pattern
25223 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
25224 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
25225 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
25226 @samp{sin(a)+y}.
25227
25228 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
25229 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
25230 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
25231 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
25232
25233 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
25234 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
25235 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
25236 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
25237 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
25238
25239 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
25240 throughout the target formula until no further changes are possible
25241 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
25242 change at a time.
25243
25244 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
25245 @subsection Conditional Rewrite Rules
25246
25247 @noindent
25248 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
25249 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
25250 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
25251 is present in the
25252 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
25253 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
25254 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
25255 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
25256 with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}).  If the result is a nonzero
25257 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
25258 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
25259 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
25260 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
25261 1 or 0 according to the results of various tests.@refill
25262
25263 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @cite{n}
25264 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
25265 @cite{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
25266 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
25267 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
25268 (assuming no outstanding declarations for @cite{a}).  In the case of
25269 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
25270 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
25271 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
25272
25273 While Calc will use declarations to reason about variables in the
25274 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
25275 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
25276 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
25277 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
25278 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
25279 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
25280 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
25281 the condition.
25282
25283 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
25284 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
25285 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
25286
25287 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
25288 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
25289
25290 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
25291 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
25292 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
25293 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
25294 decides when it is best to test each condition while a rule is being
25295 matched.
25296
25297 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
25298 system and are tested very efficiently:  Where @cite{x} is any
25299 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
25300 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @cite{y}
25301 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
25302 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
25303 where @cite{a} and @cite{b} are constants.  Other conditions, like
25304 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
25305 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
25306
25307 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
25308 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
25309 because conditions often are expressions that cannot safely be
25310 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
25311 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
25312 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
25313 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
25314 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
25315 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
25316
25317 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
25318 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
25319 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
25320 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
25321 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
25322 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
25323 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
25324 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
25325 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
25326
25327 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
25328 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
25329
25330 @noindent
25331 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
25332 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
25333 the associativity and commutativity of the following functions into
25334 account:
25335
25336 @smallexample
25337 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
25338 @end smallexample
25339
25340 For example, the rewrite rule:
25341
25342 @example
25343 a x + b x  :=  (a + b) x
25344 @end example
25345
25346 @noindent
25347 will match formulas of the form,
25348
25349 @example
25350 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
25351 @end example
25352
25353 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
25354 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
25355
25356 @example
25357 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
25358 @end example
25359
25360 @noindent
25361 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
25362
25363 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
25364 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
25365 will take whichever suitable pair it discovers first.
25366
25367 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
25368 will try @i{2 n} different ways to match a sum of @i{n} terms
25369 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
25370 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
25371 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
25372 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
25373 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
25374 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
25375
25376 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
25377 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
25378 matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
25379 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
25380 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
25381 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
25382 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
25383 enable matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
25384 from occurring.
25385
25386 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
25387 the rule
25388
25389 @example
25390 f(-x)  :=  -f(x)
25391 @end example
25392
25393 @noindent
25394 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
25395 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
25396 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
25397 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
25398 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
25399 condition is:
25400
25401 @example
25402 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
25403 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
25404 @end example
25405
25406 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
25407 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
25408
25409 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
25410 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
25411 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
25412 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
25413
25414 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
25415 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
25416 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
25417 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
25418 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
25419 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
25420 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
25421 because while few mathematical operations are substantively different
25422 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
25423 of multiplication, division, and integer powers separately.
25424
25425 Even more subtle is the rule set
25426
25427 @example
25428 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
25429 @end example
25430
25431 @noindent
25432 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
25433 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
25434 the above two rules in turn, but actually this will not work because
25435 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
25436 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
25437 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
25438 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
25439 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
25440 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
25441 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
25442 rule will have to be added.
25443
25444 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
25445 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
25446 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
25447 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
25448 of the above rule for complex numbers would be
25449
25450 @example
25451 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
25452 @end example
25453
25454 @noindent
25455 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
25456 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
25457 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
25458 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
25459 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
25460 conjugate of a real number.)
25461
25462 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
25463
25464 @example
25465 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
25466 @end example
25467
25468 @noindent
25469 will match the formula
25470
25471 @example
25472 5 (x^2 - 4) + 3 x
25473 @end example
25474
25475 @noindent
25476 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
25477 formulas like
25478
25479 @example
25480 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
25481 @end example
25482
25483 @noindent
25484 producing, respectively,
25485
25486 @example
25487 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
25488 @end example
25489
25490 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
25491 have been turned off with @kbd{m O}.)
25492
25493 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
25494 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
25495 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
25496 with @samp{a = -1}.
25497
25498 In particular, the distributive-law rule can be refined to
25499
25500 @example
25501 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
25502 @end example
25503
25504 @noindent
25505 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
25506
25507 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
25508 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
25509 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
25510 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
25511 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
25512 @samp{x/z} is considered linear with @cite{b = 1/z} by @code{lin},
25513 but it will not match the above pattern because that pattern calls
25514 for a multiplication, not a division.
25515
25516 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
25517 by 1,
25518
25519 @example
25520 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
25521 @end example
25522
25523 @noindent
25524 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
25525 an equal factor.  Here's a more successful rule:
25526
25527 @example
25528 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
25529 @end example
25530
25531 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
25532 because one @cite{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
25533
25534 Calc automatically converts a rule like
25535
25536 @example
25537 f(x-1, x)  :=  g(x)
25538 @end example
25539
25540 @noindent
25541 into the form
25542
25543 @example
25544 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
25545 @end example
25546
25547 @noindent
25548 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
25549 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
25550 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
25551 respectively, then verifying that they differ by one even though
25552 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
25553
25554 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
25555 following rule,
25556
25557 @example
25558 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
25559 @end example
25560
25561 @noindent
25562 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
25563 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
25564 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
25565 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
25566 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
25567 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
25568 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
25569
25570 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
25571 You could make this resemble the original form more closely by using
25572 @code{let} notation, which is described in the next section:
25573
25574 @example
25575 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
25576 @end example
25577
25578 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
25579 which involves only the functions in the following list, operating
25580 only on constants and meta-variables which have already been matched
25581 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
25582 careful to match arguments which are plain variables before arguments
25583 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
25584 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
25585 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
25586
25587 @smallexample
25588 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
25589 max min  re im conj arg
25590 @end smallexample
25591
25592 You can suppress all of the special treatments described in this
25593 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
25594 This marker causes the function call which is its argument to be
25595 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
25596 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
25597 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
25598 For example,
25599
25600 @example
25601 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
25602 @end example
25603
25604 @noindent
25605 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
25606 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
25607 commutativity and associativity is still considered while matching
25608 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
25609 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
25610 further and use
25611
25612 @example
25613 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
25614 @end example
25615
25616 @noindent
25617 which would do a completely strict match for the pattern.
25618
25619 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
25620 function name but also the arguments must be literally the same.
25621 The above pattern will match @samp{x - x y} but
25622
25623 @example
25624 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
25625 @end example
25626
25627 @noindent
25628 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
25629
25630 @example
25631 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
25632 @end example
25633
25634 @noindent
25635 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
25636 effect!
25637
25638 A certain amount of algebra is also done when substituting the
25639 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
25640 in the rule
25641
25642 @example
25643 a + f(b)  :=  f(a + b)
25644 @end example
25645
25646 @noindent
25647 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
25648 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
25649 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
25650 the default simplifications would do this anyway, so this
25651 special simplification is only noticeable if you have turned the
25652 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
25653 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
25654 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
25655 marker on the righthand side:
25656
25657 @example
25658 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
25659 @end example
25660
25661 @noindent
25662 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
25663 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
25664 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
25665
25666 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
25667 @subsection Other Features of Rewrite Rules
25668
25669 @noindent
25670 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
25671 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
25672 markers that work inside a pattern; then come the markers that
25673 work in the righthand side of a rule.
25674
25675 @c @starindex
25676 @tindex import
25677 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
25678 rule.  Here @cite{x} is the name of a variable containing another
25679 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
25680 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
25681 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
25682 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
25683 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
25684 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
25685 the rule set @cite{x} with all occurrences of @c{$v_1$}
25686 @cite{v1}, as either
25687 a variable name or a function name, replaced with @c{$x_1$}
25688 @cite{x1} and
25689 so on.  (If @c{$v_1$}
25690 @cite{v1} is used as a function name, then @c{$x_1$}
25691 @cite{x1}
25692 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
25693 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
25694 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
25695 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
25696 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
25697
25698 The special functions allowed in patterns are:
25699
25700 @table @samp
25701 @item quote(x)
25702 @c @starindex
25703 @tindex quote
25704 This pattern matches exactly @cite{x}; variable names in @cite{x} are
25705 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
25706 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
25707 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
25708 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
25709 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
25710 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
25711 as a result in this case.)
25712
25713 @item plain(x)
25714 @c @starindex
25715 @tindex plain
25716 Here @cite{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
25717 pattern matches a call to function @cite{f} with the specified
25718 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
25719 function @cite{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
25720 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
25721 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
25722 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
25723 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
25724
25725 @item opt(x,def)
25726 @c @starindex
25727 @tindex opt
25728 Here @cite{x} must be a variable name.  This must appear as an
25729 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
25730 the argument or element is optional.
25731 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
25732 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
25733 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
25734 binding one summand to @cite{x} and the other to @cite{y}, and it
25735 matches anything else by binding the whole expression to @cite{x} and
25736 zero to @cite{y}.  The other operators above work similarly.@refill
25737
25738 For general miscellanous functions, the default value @code{def}
25739 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
25740 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
25741 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
25742 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @cite{b} are
25743 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
25744 the literal variable @cite{b} will be the default in the latter
25745 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @cite{b}.
25746 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
25747
25748 @item condition(x,c)
25749 @c @starindex
25750 @tindex condition
25751 @tindex ::
25752 This matches the pattern @cite{x}, with the attached condition
25753 @cite{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
25754
25755 @item pand(x,y)
25756 @c @starindex
25757 @tindex pand
25758 @tindex &&&
25759 This matches anything that matches both pattern @cite{x} and
25760 pattern @cite{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
25761 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
25762
25763 @item por(x,y)
25764 @c @starindex
25765 @tindex por
25766 @tindex |||
25767 This matches anything that matches either pattern @cite{x} or
25768 pattern @cite{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
25769
25770 @item pnot(x)
25771 @c @starindex
25772 @tindex pnot
25773 @tindex !!!
25774 This matches anything that does not match pattern @cite{x}.
25775 It is the same as @samp{!!! x}.
25776
25777 @item cons(h,t)
25778 @c @mindex cons
25779 @tindex cons (rewrites)
25780 This matches any vector of one or more elements.  The first
25781 element is matched to @cite{h}; a vector of the remaining
25782 elements is matched to @cite{t}.  Note that vectors of fixed
25783 length can also be matched as actual vectors:  The rule
25784 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
25785 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
25786
25787 @item rcons(t,h)
25788 @c @mindex rcons
25789 @tindex rcons (rewrites)
25790 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
25791 is matched to @cite{h}, with the remaining elements matched
25792 to @cite{t}.
25793
25794 @item apply(f,args)
25795 @c @mindex apply
25796 @tindex apply (rewrites)
25797 This matches any function call.  The name of the function, in
25798 the form of a variable, is matched to @cite{f}.  The arguments
25799 of the function, as a vector of zero or more objects, are
25800 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
25801 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
25802 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
25803 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
25804 matches any function call with exactly two arguments, and
25805 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
25806 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
25807 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
25808 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
25809 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
25810 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
25811
25812 @example
25813 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
25814    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
25815 @end example
25816
25817 Note, however, that this will be slower to match than a rule
25818 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
25819 the rules of a rule set according to top-level function name;
25820 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
25821 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
25822 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
25823 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
25824
25825 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
25826 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
25827 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
25828
25829 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
25830 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
25831 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
25832 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
25833 Also note that you will have to use no-simplify (@kbd{m O})
25834 mode when entering this rule so that the @code{apply} isn't
25835 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
25836 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
25837 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
25838 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
25839
25840 @item select(x)
25841 @c @starindex
25842 @tindex select
25843 This is used for applying rules to formulas with selections;
25844 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
25845 @end table
25846
25847 Special functions for the righthand sides of rules are:
25848
25849 @table @samp
25850 @item quote(x)
25851 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
25852 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
25853 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
25854 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
25855 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
25856 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
25857 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
25858 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
25859 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
25860 protecting rules from evaluation.)
25861
25862 @item plain(x)
25863 Special properties of and simplifications for the function call
25864 @cite{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
25865 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
25866 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
25867 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
25868 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
25869 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
25870
25871 @item cons(h,t)
25872 Where @cite{t} is a vector, this is converted into an expanded
25873 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
25874 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
25875 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
25876 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
25877 have been turned off.
25878
25879 @item rcons(t,h)
25880 Analogous to @code{cons} except putting @cite{h} at the @emph{end} of
25881 the vector @cite{t}.
25882
25883 @item apply(f,args)
25884 Where @cite{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
25885 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
25886 is also a regular Calc function.
25887
25888 @item eval(x)
25889 @c @starindex
25890 @tindex eval
25891 The formula @cite{x} is handled in the usual way, then the
25892 default simplifications are applied to it even if they have
25893 been turned off normally.  This allows you to treat any function
25894 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
25895 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
25896 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
25897 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
25898
25899 @item evalsimp(x)
25900 @c @starindex
25901 @tindex evalsimp
25902 The formula @cite{x} has meta-variables substituted in the usual
25903 way, then algebraically simplified as if by the @kbd{a s} command.
25904
25905 @item evalextsimp(x)
25906 @c @starindex
25907 @tindex evalextsimp
25908 The formula @cite{x} has meta-variables substituted in the normal
25909 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
25910
25911 @item select(x)
25912 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
25913 @end table
25914
25915 There are also some special functions you can use in conditions.
25916
25917 @table @samp
25918 @item let(v := x)
25919 @c @starindex
25920 @tindex let
25921 The expression @cite{x} is evaluated with meta-variables substituted.
25922 The @kbd{a s} command's simplifications are @emph{not} applied by
25923 default, but @cite{x} can include calls to @code{evalsimp} or
25924 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
25925 of simplification.  The
25926 result of @cite{x} is then bound to the meta-variable @cite{v}.  As
25927 usual, if this meta-variable has already been matched to something
25928 else the two values must be equal; if the meta-variable is new then
25929 it is bound to the result of the expression.  This variable can then
25930 appear in later conditions, and on the righthand side of the rule.
25931 In fact, @cite{v} may be any pattern in which case the result of
25932 evaluating @cite{x} is matched to that pattern, binding any
25933 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
25934 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
25935 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
25936 an @samp{||} term or otherwise buried.@refill
25937
25938 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
25939 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
25940 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
25941 in the main part of a rewrite rule.
25942
25943 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
25944 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
25945 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
25946 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
25947 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
25948 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
25949 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
25950 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
25951 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
25952 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
25953 be bound to @code{ia}.@refill
25954
25955 Here's another example, for integrating cosines of linear
25956 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
25957 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
25958 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
25959 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
25960 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
25961 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
25962 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
25963 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
25964 rearrangement of the argument of the sine.)@refill
25965
25966 @c @starindex
25967 @tindex ierf
25968 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
25969 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
25970 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
25971 where the first number is the desired solution.  If no solution
25972 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
25973 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
25974
25975 @example
25976 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
25977 @end example
25978
25979 @item matches(v,p)
25980 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
25981 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
25982 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
25983 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
25984 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
25985 extra feature that meta-variables which are bound to things
25986 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
25987 rule.
25988
25989 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
25990 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
25991 the default simplifications, while the latter does not.
25992
25993 @item remember
25994 @vindex remember
25995 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
25996 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
25997 the original expression and rewritten expression are added to the
25998 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
25999 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26000 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26001 contains any variables.
26002
26003 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26004 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26005 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26006 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26007 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26008 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26009
26010 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26011 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26012 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26013 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26014 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26015 be added to the rule set and will continue to operate even if
26016 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26017
26018 @item remember(c)
26019 @c @starindex
26020 @tindex remember
26021 Remember the match as described above, but only if condition @cite{c}
26022 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26023 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26024 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26025 @end table
26026
26027 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26028 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26029
26030 @noindent
26031 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26032 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26033 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26034 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26035 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26036
26037 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26038 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26039 the context of rewrite rule patterns.
26040
26041 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26042 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26043 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26044 here is a rule that operates on error forms:
26045
26046 @example
26047 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26048 @end example
26049
26050 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26051
26052 @example
26053 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26054 @end example
26055
26056 @c @starindex
26057 @tindex ends
26058 Here's another interesting example:
26059
26060 @example
26061 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26062 @end example
26063
26064 @noindent
26065 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26066 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26067 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26068
26069 @example
26070 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26071 @end example
26072
26073 @noindent
26074 would do the same thing except that it would fail to match a
26075 one-element vector.
26076
26077 @tex
26078 \bigskip
26079 @end tex
26080
26081 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26082 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26083 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26084
26085 @c @starindex
26086 @tindex curve
26087 A simple example of @samp{|||} is
26088
26089 @example
26090 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26091 @end example
26092
26093 @noindent
26094 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26095
26096 Here is a larger example:
26097
26098 @example
26099 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26100 @end example
26101
26102 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26103 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
26104 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
26105
26106 (In practice this rule would probably include a third alternative,
26107 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
26108
26109 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
26110 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
26111 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
26112 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
26113 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
26114 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
26115 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
26116 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
26117
26118 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
26119 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
26120 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
26121 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
26122
26123 @example
26124 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
26125 @end example
26126
26127 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
26128 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
26129
26130 @tex
26131 \bigskip
26132 @end tex
26133
26134 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
26135 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
26136 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
26137
26138 For example,
26139
26140 @example
26141 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
26142 @end example
26143
26144 @noindent
26145 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
26146 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
26147 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
26148
26149 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
26150 then an equivalent rule would be:
26151
26152 @example
26153 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
26154 @end example
26155
26156 @noindent
26157 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
26158 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
26159 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
26160 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
26161 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
26162 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
26163 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
26164
26165 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
26166 elsewhere in the pattern.  For example,
26167
26168 @example
26169 f(a, !!!a)  :=  g(a)
26170 @end example
26171
26172 @noindent
26173 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
26174 this to @code{g} with only the first argument.
26175
26176 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
26177 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
26178 matched last.  Thus
26179
26180 @example
26181 f(!!!a, a)  :=  g(a)
26182 @end example
26183
26184 @noindent
26185 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
26186 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
26187 first argument of @code{f} first, the results would have been
26188 disasterous:  Since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
26189 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
26190 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
26191
26192 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
26193 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
26194
26195 @noindent
26196 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
26197 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
26198 to any part of the expression, starting with the whole expression
26199 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
26200 For each part of the expression, the rules are tried in the order
26201 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
26202 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
26203 to the @var{new} part of the rule.
26204
26205 Often, the rule set will match and change the formula several times.
26206 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
26207 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
26208 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
26209 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
26210 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
26211 to match).  This continues until no further matches can be made
26212 anywhere in the formula.
26213
26214 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
26215 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
26216 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
26217 side actually comes out to something different than the original
26218 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
26219 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
26220 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
26221 run forever switching a formula back and forth between the two
26222 forms.
26223
26224 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
26225 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
26226 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
26227 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
26228 halt any Emacs command prematurely.)
26229
26230 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
26231 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
26232 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
26233 rewriting is not what is called for by your application).
26234
26235 @c @starindex
26236 @c @mindex iter@idots
26237 @tindex iterations
26238 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
26239 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
26240 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
26241 number of iterations for this rule set.  You can use
26242 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
26243 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
26244 rule set.
26245
26246 @example
26247 [ iterations(1),
26248   f(x) := f(x+1) ]
26249 @end example
26250
26251 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
26252 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
26253 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
26254 default simplifications, is different from the original sub-formula
26255 that was matched.
26256
26257 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
26258
26259 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
26260 substitute the top-level expression up to that many times, but
26261 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
26262
26263 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
26264 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
26265 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
26266 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
26267 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
26268 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
26269 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
26270 are omitted, 100 is used.
26271
26272 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26273 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
26274
26275 @noindent
26276 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
26277 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
26278 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
26279 phases occur during the rewriting process.
26280
26281 @c @starindex
26282 @tindex phase
26283 @vindex all
26284 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
26285 vector in place of a rule, all rules following that point will be
26286 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
26287 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
26288 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
26289 this is the default at the start of the rule set.
26290
26291 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
26292 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
26293 ascending order.  For example, the rule set
26294
26295 @group
26296 @example
26297 [ f0(x) := g0(x),
26298   phase(1),
26299   f1(x) := g1(x),
26300   phase(2),
26301   f2(x) := g2(x),
26302   phase(3),
26303   f3(x) := g3(x),
26304   phase(1,2),
26305   f4(x) := g4(x) ]
26306 @end example
26307 @end group
26308
26309 @noindent
26310 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
26311 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
26312 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
26313 and @code{f3}.
26314
26315 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
26316 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
26317 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
26318 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
26319 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
26320 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
26321 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
26322 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
26323 100 by default, is reached.)
26324
26325 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
26326 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
26327 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
26328 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
26329 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
26330 in the formula.
26331
26332 @c @starindex
26333 @tindex schedule
26334 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
26335 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
26336 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
26337 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
26338 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
26339 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
26340 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
26341 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
26342 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
26343 moving on to phase 3.
26344
26345 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
26346 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
26347 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
26348 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
26349 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
26350 to the formula, repeats these two phases until they can make no
26351 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
26352 touches.
26353
26354 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
26355 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
26356 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
26357 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
26358 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
26359 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
26360 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
26361
26362 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
26363 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
26364 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
26365 will be faster if these groups are identified as separate phases.
26366 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
26367 spend any time on them while it works on phase 2.
26368
26369 There are also some problems that can only be solved with several
26370 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
26371 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
26372 command to convert a model expression to linear form.
26373 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
26374 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
26375 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
26376 linear components have been picked out, the final phase includes the
26377 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
26378 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
26379 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
26380
26381 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
26382 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
26383 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
26384 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
26385 rules were finished, some components might be put away into vectors
26386 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
26387 two separate phases, this problem is neatly avoided.
26388
26389 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
26390 @subsection Selections with Rewrite Rules
26391
26392 @noindent
26393 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
26394 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
26395 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
26396 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
26397 specific part of a formula without affecting any other parts.
26398
26399 @kindex j r
26400 @pindex calc-rewrite-selection
26401 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
26402 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
26403 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
26404 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
26405 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
26406 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
26407 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
26408 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
26409
26410 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
26411 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
26412 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
26413 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
26414 include references to @code{select} to tell where in the pattern
26415 the selected sub-formula should appear.
26416
26417 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
26418 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
26419 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
26420 formula will be unselected.
26421
26422 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
26423 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
26424 allows you to use the current selection in more flexible ways.
26425 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
26426 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
26427 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
26428 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
26429 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
26430
26431 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
26432 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
26433 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
26434 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
26435
26436 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
26437 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
26438 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
26439 at stack level 1.)
26440
26441 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
26442 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
26443 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
26444 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
26445 target and the rewrite rules).
26446
26447 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
26448 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
26449 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
26450 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
26451 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
26452 to apply anywhere in the formula.
26453
26454 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
26455 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
26456 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
26457 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
26458 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
26459 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
26460 both with and without selections.
26461
26462 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26463 @subsection Matching Commands
26464
26465 @noindent
26466 @kindex a m
26467 @pindex calc-match
26468 @tindex match
26469 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
26470 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
26471 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
26472 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
26473 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
26474 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
26475 you can give a blank response in which case the patterns are taken
26476 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
26477 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
26478 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
26479 of the patterns.
26480
26481 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
26482 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
26483
26484 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
26485
26486 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
26487 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
26488 all the positive vector elements.
26489
26490 @kindex I a m
26491 @tindex matchnot
26492 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
26493 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
26494
26495 @c @starindex
26496 @tindex matches
26497 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
26498 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
26499 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
26500 conditional clauses of other rewrite rules.
26501
26502 @c @starindex
26503 @tindex vmatches
26504 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
26505 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
26506 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
26507 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
26508 If the match fails, the function returns the number 0.
26509
26510 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
26511 @subsection Automatic Rewrites
26512
26513 @noindent
26514 @cindex @code{EvalRules} variable
26515 @vindex EvalRules
26516 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
26517 results, effectively adding to the built-in set of default
26518 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
26519 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
26520 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
26521
26522 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
26523 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
26524 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
26525 set would be,
26526
26527 @group
26528 @smallexample
26529 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
26530   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
26531 @end smallexample
26532 @end group
26533
26534 To apply these manually, you could put them in a variable called
26535 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
26536 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
26537 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
26538 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
26539 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming degrees mode) result in
26540 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
26541
26542 As each level of a formula is evaluated, the rules from
26543 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
26544 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
26545 Note that this is different from the usual order of application of
26546 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
26547 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
26548 applies rules from the top down.
26549
26550 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
26551 override the normal behavior of any built-in Calc function.
26552
26553 It is important not to write a rule that will get into an infinite
26554 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
26555 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
26556 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
26557 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
26558 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
26559 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
26560 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
26561 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
26562 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
26563 or ran too long'' message.
26564
26565 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
26566 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
26567 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @cite{n} is
26568 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
26569 if the righthand side literally becomes the original formula before any
26570 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
26571 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
26572 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
26573 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
26574 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
26575 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
26576 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
26577 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
26578
26579 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
26580 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
26581 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
26582 the default simplifications to simplify the result and compares again
26583 (and again fails if the formula has simplified back to its original
26584 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
26585 same rules will come back into play when the default simplifications
26586 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
26587 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
26588 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
26589 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
26590 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
26591 the rewrite mechanism itself.)
26592
26593 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
26594 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
26595 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
26596 The rules are always repeated as many times as possible.
26597
26598 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
26599 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
26600 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
26601 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
26602 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
26603 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
26604 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
26605 will not work as part of @code{EvalRules}.
26606
26607 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
26608 functions directly rather than going through the default simplifications.
26609 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
26610 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
26611 number @cite{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
26612 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
26613 than applying the default simplifications to this formula.  So an
26614 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
26615 would not apply.  (However, if you put Calc into symbolic mode so that
26616 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
26617 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
26618 number were @cite{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
26619 then symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
26620 evaluated exactly to 5.)
26621
26622 One subtle restriction that normally only manifests itself with
26623 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
26624 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
26625 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
26626 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
26627 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
26628 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
26629 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
26630 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
26631 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
26632 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
26633 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
26634 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
26635
26636 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
26637 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
26638
26639 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
26640 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
26641 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
26642 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
26643 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
26644 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
26645 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
26646 And @samp{apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) ::
26647 in(f, [ln, log10])} may seem more ``efficient'' than two separate
26648 rules for @code{ln} and @code{log10}, but actually it is vastly less
26649 efficient because rules with @code{apply} as the top-level pattern
26650 must be tested against @emph{every} function call that is simplified.
26651
26652 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
26653 @vindex AlgSimpRules
26654 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
26655 but only when @kbd{a s} is used to simplify the formula.  The variable
26656 @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.  The @kbd{a s} command
26657 will apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules} to the formula, as
26658 well as all of its built-in simplifications.
26659
26660 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
26661 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
26662 command with an infinite repeat count as the first step of @kbd{a s}.
26663 It then applies its own built-in simplifications throughout the
26664 formula, and then repeats these two steps (along with applying the
26665 default simplifications) until no further changes are possible.
26666
26667 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
26668 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
26669 @vindex ExtSimpRules
26670 @vindex UnitSimpRules
26671 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
26672 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
26673 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
26674 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
26675 only during integration by @kbd{a i}.
26676
26677 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
26678 @subsection Debugging Rewrites
26679
26680 @noindent
26681 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
26682 record some useful information there as it operates.  The original
26683 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
26684 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
26685 noted.
26686
26687 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
26688 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
26689
26690 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
26691 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
26692 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
26693 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
26694 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
26695 be needlessly slow.
26696
26697 @node Examples of Rewrite Rules, , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
26698 @subsection Examples of Rewrite Rules
26699
26700 @noindent
26701 Returning to the example of substituting the pattern
26702 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
26703 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
26704 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
26705 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
26706 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
26707 but at the expense of making some changes that you might not desire.@refill
26708
26709 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
26710 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
26711 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
26712 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
26713 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
26714 ignored by the regular @kbd{a r} command
26715 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).@refill
26716
26717 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
26718 This will simplify the formula whenever @cite{b} and/or @cite{c} can
26719 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
26720 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
26721 Symbolic Mode has been enabled to keep the square root from being
26722 evaulated to a floating-point approximation).  This rule is also
26723 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
26724 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
26725
26726 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
26727 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
26728 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
26729 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
26730 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
26731 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
26732 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
26733 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
26734 the keyboard macro @kbd{' tri($) RET} to make a command that applies
26735 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
26736
26737 @cindex Quaternions
26738 The following rule set, contributed by @c{Fran\c cois}
26739 @asis{Francois} Pinard, implements
26740 @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of complex numbers.
26741 Quaternions have four components, and are here represented by function
26742 calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y}, @var{z}])} with ``real
26743 part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts collected into a
26744 vector.  Various arithmetical operations on quaternions are supported.
26745 To use these rules, either add them to @code{EvalRules}, or create a
26746 command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion formulas.
26747 A convenient way to enter quaternions would be a command defined by
26748 a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $]) @key{RET}}.
26749
26750 @smallexample
26751 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
26752   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
26753   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
26754   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
26755   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
26756   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
26757   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
26758   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
26759   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
26760      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
26761   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
26762   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
26763   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
26764   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
26765   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
26766                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
26767   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
26768                :: integer(k) :: k > 2,
26769   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
26770 @end smallexample
26771
26772 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
26773 In other words, @cite{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
26774 @cite{q1} and @cite{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
26775 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
26776 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
26777 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
26778 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
26779
26780 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
26781 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
26782 results in the four-argument form, just append the two items
26783 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
26784 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
26785 in @code{EvalRules}.)
26786
26787 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
26788 @chapter Operating on Units
26789
26790 @noindent
26791 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
26792 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
26793 per second squared.''  The commands in this chapter help you
26794 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
26795 begin with the @kbd{u} prefix key.
26796
26797 @menu
26798 * Basic Operations on Units::
26799 * The Units Table::
26800 * Predefined Units::
26801 * User-Defined Units::
26802 @end menu
26803
26804 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
26805 @section Basic Operations on Units
26806
26807 @noindent
26808 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
26809 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
26810 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
26811 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
26812 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
26813 where the command applies to all units expressions which appear in the
26814 formula.
26815
26816 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
26817 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
26818 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
26819 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
26820 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
26821 @pxref{User-Defined Units}.@refill
26822
26823 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
26824 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
26825 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
26826 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
26827 representation of one millimeter.@refill
26828
26829 You may find that Algebraic Mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
26830 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
26831 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
26832
26833 @kindex u s
26834 @pindex calc-simplify-units
26835 @c @mindex usimpl@idots
26836 @tindex usimplify
26837 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
26838 simplifies a units
26839 expression.  It uses @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) to simplify the
26840 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
26841 features that can be further simplified by converting one object's units
26842 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
26843 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
26844 added, the righthand term's units are converted to match those of the
26845 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
26846 automatically at all times.@refill
26847
26848 Units simplification also handles quotients of two units with the same
26849 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
26850 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
26851 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
26852 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
26853 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
26854 applied to units expressions, in which case
26855 the operation in question is applied only to the numeric part of the
26856 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
26857 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.@refill
26858
26859 @kindex u c
26860 @pindex calc-convert-units
26861 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
26862 expression to new, compatible units.  For example, given the units
26863 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
26864 @samp{24.5872 m/s}.  If the units you request are inconsistent with
26865 the original units, the number will be converted into your units
26866 times whatever ``remainder'' units are left over.  For example,
26867 converting @samp{55 mph} into acres produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.
26868 (Recall that multiplication binds more strongly than division in Calc
26869 formulas, so the units here are acres per meter-second.)  Remainder
26870 units are expressed in terms of ``fundamental'' units like @samp{m} and
26871 @samp{s}, regardless of the input units.
26872
26873 One special exception is that if you specify a single unit name, and
26874 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
26875 that compatible unit will be converted to the new unit and the
26876 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
26877 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
26878 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
26879 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
26880 changed to the base unit @samp{m}.
26881
26882 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
26883 to gain more control over the units of the result of an expression.
26884 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
26885 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
26886 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
26887 in fathoms, if you preferred!)
26888
26889 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
26890 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
26891 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
26892 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
26893 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
26894 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
26895 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
26896
26897 @cindex Composite units
26898 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
26899 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
26900 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
26901 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
26902 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
26903 It then accounts for as much of the input quantity as it can
26904 using an integer number times the largest unit, then moves on
26905 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
26906 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
26907 standard unit names exist for common combinations, such as
26908 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
26909 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
26910 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
26911
26912 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
26913 prompt first for the old units which this value should be considered
26914 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
26915 give are consistent with each other, the result also will not contain
26916 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm RET in RET} converts the number
26917 2 on the stack to 5.08.
26918
26919 @kindex u b
26920 @pindex calc-base-units
26921 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
26922 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
26923 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
26924 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
26925
26926 The @kbd{u c} and @kbd{u b} commands treat temperature units (like
26927 @samp{degC} and @samp{K}) as relative temperatures.  For example,
26928 @kbd{u c} converts @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10
26929 degrees Celsius corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.
26930
26931 @kindex u t
26932 @pindex calc-convert-temperature
26933 @cindex Temperature conversion
26934 The @kbd{u t} (@code{calc-convert-temperature}) command converts
26935 absolute temperatures.  The value on the stack must be a simple units
26936 expression with units of temperature only.  This command would convert
26937 @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the equivalent temperature on the
26938 Fahrenheit scale.@refill
26939
26940 @kindex u r
26941 @pindex calc-remove-units
26942 @kindex u x
26943 @pindex calc-extract-units
26944 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
26945 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
26946 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
26947 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
26948 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
26949 constant 1, then resimplify the formula.@refill
26950
26951 @kindex u a
26952 @pindex calc-autorange-units
26953 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
26954 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
26955 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
26956 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
26957 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
26958 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
26959 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
26960 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
26961 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
26962
26963 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
26964 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
26965 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
26966 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
26967 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
26968 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
26969 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
26970 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
26971 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
26972 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
26973 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
26974 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
26975 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
26976 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
26977 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
26978 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
26979
26980 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
26981 @section The Units Table
26982
26983 @noindent
26984 @kindex u v
26985 @pindex calc-enter-units-table
26986 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
26987 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
26988 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
26989 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
26990 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
26991 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
26992 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
26993 and steradians.
26994
26995 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
26996 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
26997 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
26998 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
26999 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27000 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27001
27002 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27003 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27004 argument to @kbd{u v}.
27005
27006 @kindex u V
27007 @pindex calc-view-units-table
27008 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27009 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27010 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27011 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{M-# c}
27012 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27013 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27014 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27015
27016 @kindex u g
27017 @pindex calc-get-unit-definition
27018 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27019 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27020 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27021 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27022 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27023 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27024 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27025 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27026 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27027
27028 @kindex u e
27029 @pindex calc-explain-units
27030 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27031 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27032 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27033 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27034 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27035 column of the Units Table.
27036
27037 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27038 @section Predefined Units
27039
27040 @noindent
27041 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27042 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27043 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27044 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27045 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27046 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27047 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27048 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27049
27050 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27051 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27052 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27053 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27054 of the various temperature scales.
27055
27056 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27057 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27058
27059 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27060 @tex
27061 for \AA ngstroms.
27062 @end tex
27063 @ifnottex
27064 for Angstroms.
27065 @end ifnottex
27066
27067 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27068 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  There is
27069 also @code{tpt}, which stands for a printer's point as defined by the
27070 @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 tpt = 1 in}.
27071
27072 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27073 because algebra command could mistake this for the special constant
27074 @cite{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
27075 preferable to @code{e}.
27076
27077 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
27078 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
27079 Meanwhile, one ``@cite{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
27080
27081 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
27082 a metric ton of @samp{1000 kg}.
27083
27084 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
27085 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
27086
27087 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
27088 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
27089 constant.  You can use these just like other units: converting
27090 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
27091 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
27092 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
27093 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
27094 units.
27095
27096 Two units, @code{pi} and @code{fsc} (the fine structure constant,
27097 approximately @i{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
27098 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
27099 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
27100 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
27101 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
27102 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
27103 really is unitless.)
27104
27105 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
27106
27107 @node User-Defined Units, , Predefined Units, Units
27108 @section User-Defined Units
27109
27110 @noindent
27111 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
27112 units, as well as ways to define your own new units.
27113
27114 @kindex u 0-9
27115 @pindex calc-quick-units
27116 @vindex Units
27117 @cindex @code{Units} variable
27118 @cindex Quick units
27119 To select your favorite units, store a vector of unit names or
27120 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
27121 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
27122 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
27123 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
27124 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
27125 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
27126 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
27127 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
27128 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
27129 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
27130 to @samp{2.5 ft}.
27131
27132 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
27133 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
27134 variable has no stored value (the default), or if its value is not
27135 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
27136 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
27137 variable; @pxref{Operations on Variables}.
27138
27139 @kindex u d
27140 @pindex calc-define-unit
27141 @cindex User-defined units
27142 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
27143 expression on the top of the stack as the definition for a new,
27144 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
27145 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
27146 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
27147 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
27148 prompted for an optional English description of the unit, which will
27149 appear in the Units Table.
27150
27151 @kindex u u
27152 @pindex calc-undefine-unit
27153 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
27154 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
27155 however.
27156
27157 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
27158 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
27159 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
27160 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
27161 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
27162
27163 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
27164 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
27165 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
27166 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
27167 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
27168 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
27169 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
27170 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
27171 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
27172
27173 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
27174 possible to create user-defined temperature units.
27175
27176 @kindex u p
27177 @pindex calc-permanent-units
27178 @cindex @file{.emacs} file, user-defined units
27179 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
27180 units in your @file{.emacs} file, so that the units will still be
27181 available in subsequent Emacs sessions.  If there was already a set of
27182 user-defined units in your @file{.emacs} file, it is replaced by the
27183 new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to use
27184 a different file instead of @file{.emacs}.)
27185
27186 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
27187 @chapter Storing and Recalling
27188
27189 @noindent
27190 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
27191 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
27192 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
27193 to variables use the @kbd{s} prefix key.
27194
27195 @menu
27196 * Storing Variables::
27197 * Recalling Variables::
27198 * Operations on Variables::
27199 * Let Command::
27200 * Evaluates-To Operator::
27201 @end menu
27202
27203 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
27204 @section Storing Variables
27205
27206 @noindent
27207 @kindex s s
27208 @pindex calc-store
27209 @cindex Storing variables
27210 @cindex Quick variables
27211 @vindex q0
27212 @vindex q9
27213 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
27214 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
27215 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
27216 immediately in one of the ``quick'' variables @code{var-q0} through
27217 @code{var-q9}.  Or you can enter any variable name.  The prefix @samp{var-}
27218 is supplied for you; when a name appears in a formula (as in @samp{a+q2})
27219 the prefix @samp{var-} is also supplied there, so normally you can simply
27220 forget about @samp{var-} everywhere.  Its only purpose is to enable you to
27221 use Calc variables without fear of accidentally clobbering some variable in
27222 another Emacs package.  If you really want to store in an arbitrary Lisp
27223 variable, just backspace over the @samp{var-}.
27224
27225 @kindex s t
27226 @pindex calc-store-into
27227 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
27228 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
27229 value from the stack and stores it in a variable.
27230
27231 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
27232 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
27233 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
27234 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
27235 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
27236 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
27237 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
27238 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
27239
27240 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
27241 assignments with different variables on their lefthand sides; the
27242 default will be to store all the variables with their corresponding
27243 righthand sides simultaneously.
27244
27245 It is also possible to type an equation or assignment directly at
27246 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
27247 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
27248 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
27249 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
27250 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
27251
27252 @kindex s 0-9
27253 @kindex t 0-9
27254 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
27255 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
27256 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
27257 for trail and time/date commands.)
27258
27259 @kindex s +
27260 @kindex s -
27261 @c @mindex @idots
27262 @kindex s *
27263 @c @mindex @null
27264 @kindex s /
27265 @c @mindex @null
27266 @kindex s ^
27267 @c @mindex @null
27268 @kindex s |
27269 @c @mindex @null
27270 @kindex s n
27271 @c @mindex @null
27272 @kindex s &
27273 @c @mindex @null
27274 @kindex s [
27275 @c @mindex @null
27276 @kindex s ]
27277 @pindex calc-store-plus
27278 @pindex calc-store-minus
27279 @pindex calc-store-times
27280 @pindex calc-store-div
27281 @pindex calc-store-power
27282 @pindex calc-store-concat
27283 @pindex calc-store-neg
27284 @pindex calc-store-inv
27285 @pindex calc-store-decr
27286 @pindex calc-store-incr
27287 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
27288 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
27289 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
27290 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
27291 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
27292 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
27293
27294 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
27295 order of the operands.  If @cite{v} represents the contents of the
27296 variable, and @cite{a} is the value drawn from the stack, then regular
27297 @w{@kbd{s -}} assigns @c{$v \coloneq v - a$}
27298 @cite{v := v - a}, but @kbd{I s -} assigns
27299 @c{$v \coloneq a - v$}
27300 @cite{v := a - v}.  While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
27301 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
27302 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
27303 forwards and backwards:
27304
27305 @group
27306 @example
27307 s +        v := v + a          v := a + v
27308 s -        v := v - a          v := a - v
27309 s *        v := v * a          v := a * v
27310 s /        v := v / a          v := a / v
27311 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
27312 s |        v := v | a          v := a | v
27313 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
27314 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
27315 s [        v := v - 1          v := 1 - v
27316 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
27317 @end example
27318 @end group
27319
27320 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
27321 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
27322 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
27323 minus-two minus the variable.
27324
27325 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
27326 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
27327 arithmetic stores that don't remove the value @cite{a} from the stack.
27328
27329 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
27330 Trail for your information.  They signal an error if the variable
27331 previously had no stored value.  If default simplifications have been
27332 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
27333 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
27334 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
27335 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
27336
27337 @kindex s m
27338 @pindex calc-store-map
27339 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
27340 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
27341 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
27342 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
27343 all you do is type the Calc command key that would invoke that
27344 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
27345 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
27346 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
27347 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
27348 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
27349 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
27350
27351 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
27352 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
27353 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @cite{a}
27354 on the stack computes @cite{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
27355 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
27356 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
27357 equivalent to @kbd{I s -}.
27358
27359 @kindex s x
27360 @pindex calc-store-exchange
27361 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
27362 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
27363 variable must already have a stored value for this to work.
27364
27365 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
27366 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
27367 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
27368
27369 @kindex s u
27370 @pindex calc-unstore
27371 @cindex Void variables
27372 @cindex Un-storing variables
27373 Until you store something in them, variables are ``void,'' that is, they
27374 contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula they
27375 will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
27376 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
27377 void state.@refill
27378
27379 The only variables with predefined values are the ``special constants''
27380 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
27381 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
27382 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
27383 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
27384 you change the value of one of these variables, or of one of the other
27385 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
27386 normally void).
27387
27388 Note that @code{var-pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored
27389 in it, but rather a special magic value that evaluates to @c{$\pi$}
27390 @cite{pi}
27391 at the current precision.  Likewise @code{var-e}, @code{var-i}, and
27392 @code{var-phi} evaluate according to the current precision or polar mode.
27393 If you recall a value from @code{pi} and store it back, this magic
27394 property will be lost.
27395
27396 @kindex s c
27397 @pindex calc-copy-variable
27398 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
27399 value of one variable to another.  It differs from a simple @kbd{s r}
27400 followed by an @kbd{s t} in two important ways.  First, the value never
27401 goes on the stack and thus is never rounded, evaluated, or simplified
27402 in any way; it is not even rounded down to the current precision.
27403 Second, the ``magic'' contents of a variable like @code{var-e} can
27404 be copied into another variable with this command, perhaps because
27405 you need to unstore @code{var-e} right now but you wish to put it
27406 back when you're done.  The @kbd{s c} command is the only way to
27407 manipulate these magic values intact.
27408
27409 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
27410 @section Recalling Variables
27411
27412 @noindent
27413 @kindex s r
27414 @pindex calc-recall
27415 @cindex Recalling variables
27416 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
27417 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
27418 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
27419 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
27420 an error to try to recall a void variable.
27421
27422 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
27423 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
27424 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
27425 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
27426 latter will produce an error message.
27427
27428 @kindex r 0-9
27429 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
27430 equivalent to @kbd{s r 9}.  (The @kbd{r} prefix is otherwise unused
27431 in the current version of Calc.)
27432
27433 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
27434 @section Other Operations on Variables
27435
27436 @noindent
27437 @kindex s e
27438 @pindex calc-edit-variable
27439 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
27440 value of a variable without ever putting that value on the stack
27441 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
27442 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
27443 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
27444 empty when you press @key{M-# M-#} to finish, the variable will
27445 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
27446 description of editing.
27447
27448 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
27449 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
27450 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
27451 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
27452 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
27453 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
27454 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
27455 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
27456 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
27457 as a side effect of putting the value on the stack.
27458
27459 @kindex s A
27460 @kindex s D
27461 @c @mindex @idots
27462 @kindex s E
27463 @c @mindex @null
27464 @kindex s F
27465 @c @mindex @null
27466 @kindex s G
27467 @c @mindex @null
27468 @kindex s H
27469 @c @mindex @null
27470 @kindex s I
27471 @c @mindex @null
27472 @kindex s L
27473 @c @mindex @null
27474 @kindex s P
27475 @c @mindex @null
27476 @kindex s R
27477 @c @mindex @null
27478 @kindex s T
27479 @c @mindex @null
27480 @kindex s U
27481 @c @mindex @null
27482 @kindex s X
27483 @pindex calc-store-AlgSimpRules
27484 @pindex calc-store-Decls
27485 @pindex calc-store-EvalRules
27486 @pindex calc-store-FitRules
27487 @pindex calc-store-GenCount
27488 @pindex calc-store-Holidays
27489 @pindex calc-store-IntegLimit
27490 @pindex calc-store-LineStyles
27491 @pindex calc-store-PointStyles
27492 @pindex calc-store-PlotRejects
27493 @pindex calc-store-TimeZone
27494 @pindex calc-store-Units
27495 @pindex calc-store-ExtSimpRules
27496 There are several special-purpose variable-editing commands that
27497 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
27498
27499 @table @kbd
27500 @item s A
27501 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
27502 @item s D
27503 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
27504 @item s E
27505 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Default Simplifications}.
27506 @item s F
27507 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
27508 @item s G
27509 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
27510 @item s H
27511 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
27512 @item s I
27513 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
27514 @item s L
27515 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
27516 @item s P
27517 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
27518 @item s R
27519 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
27520 @item s T
27521 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
27522 @item s U
27523 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
27524 @item s X
27525 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
27526 @end table
27527
27528 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
27529 names rather than prompting for the variable name.
27530
27531 @kindex s p
27532 @pindex calc-permanent-variable
27533 @cindex Storing variables
27534 @cindex Permanent variables
27535 @cindex @file{.emacs} file, veriables
27536 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
27537 variable's value permanently in your @file{.emacs} file, so that its
27538 value will still be available in future Emacs sessions.  You can
27539 re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
27540 only way to remove a saved variable is to edit your @file{.emacs} file
27541 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
27542 use a different file instead of @file{.emacs}.)
27543
27544 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
27545 @kbd{s p @key{RET}}), all @samp{var-} variables with defined values
27546 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
27547 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
27548 and @code{PlotRejects};
27549 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
27550 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
27551 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
27552 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)@refill
27553
27554 @kindex s i
27555 @pindex calc-insert-variables
27556 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
27557 the values of all @samp{var-} variables into a specified buffer.
27558 The variables are written in the form of Lisp @code{setq} commands
27559 which store the values in string form.  You can place these commands
27560 in your @file{.emacs} buffer if you wish, though in this case it
27561 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
27562 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
27563 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
27564 stores in a more human-readable format.)
27565
27566 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
27567 @section The Let Command
27568
27569 @noindent
27570 @kindex s l
27571 @pindex calc-let
27572 @cindex Variables, temporary assignment
27573 @cindex Temporary assignment to variables
27574 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
27575 compute its value where @cite{b=3}, you can simply store 3 in @cite{b} and
27576 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
27577 of leaving the stored value of 3 in @cite{b} for future operations.
27578
27579 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
27580 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
27581 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
27582 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
27583 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
27584 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
27585 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
27586 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
27587 by these commands.
27588
27589 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
27590 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
27591 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
27592
27593 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
27594 assignment:  @kbd{s l b=3 RET} is the same as storing 3 on the stack
27595 and typing @kbd{s l b RET}.
27596
27597 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
27598 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
27599 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
27600 example, letting @cite{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
27601 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
27602 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
27603
27604 @node Evaluates-To Operator, , Let Command, Store and Recall
27605 @section The Evaluates-To Operator
27606
27607 @noindent
27608 @tindex evalto
27609 @tindex =>
27610 @cindex Evaluates-to operator
27611 @cindex @samp{=>} operator
27612 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
27613 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
27614 other language modes like Pascal and @TeX{}.)  This is a binary
27615 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
27616 although it can be entered with the righthand argument omitted.
27617
27618 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
27619 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
27620 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
27621 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
27622 command according to all current modes and stored variable values,
27623 and the result is installed as the new value of @var{b}.
27624
27625 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
27626 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
27627 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
27628
27629 @kindex s =
27630 @pindex calc-evalto
27631 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
27632 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
27633 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
27634 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
27635 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
27636
27637 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
27638 recomputes them whenever anything changes that might affect their
27639 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
27640 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
27641 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
27642 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
27643 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
27644 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
27645 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
27646 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
27647 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
27648 make a concise display of all the variables in your problem.
27649 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
27650 which provides a slightly different format of display.  You
27651 can use whichever you find easiest to read.)
27652
27653 @kindex m C
27654 @pindex calc-auto-recompute
27655 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
27656 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
27657 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
27658 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
27659 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
27660 a lot of time if you will be changing several modes or variables
27661 before you look at the @samp{=>} entries again.
27662
27663 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
27664 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
27665 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
27666 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
27667 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
27668 to select the lefthand side, execute your commands, then type
27669 @kbd{j u} to unselect.
27670
27671 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
27672 including the current simplification mode.  Recall that the
27673 formula @samp{x + y + x} is not handled by Calc's default
27674 simplifications, but the @kbd{a s} command will reduce it to
27675 the simpler form @samp{y + 2 x}.  You can also type @kbd{m A}
27676 to enable an algebraic-simplification mode in which the
27677 equivalent of @kbd{a s} is used on all of Calc's results.
27678 If you enter @samp{x + y + x =>} normally, the result will
27679 be @samp{x + y + x => x + y + x}.  If you change to
27680 algebraic-simplification mode, the result will be
27681 @samp{x + y + x => y + 2 x}.  However, just pressing @kbd{a s}
27682 once will have no effect on @samp{x + y + x => x + y + x},
27683 because the righthand side depends only on the lefthand side
27684 and the current mode settings, and the lefthand side is not
27685 affected by commands like @kbd{a s}.
27686
27687 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
27688 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
27689 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
27690 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
27691 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
27692 side will temporarily show this value for the variable.  In
27693 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
27694 to that variable.  But this change is temporary in the sense
27695 that the next command that causes Calc to look at those stack
27696 entries will make them revert to the old variable value.
27697
27698 @group
27699 @smallexample
27700 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
27701 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
27702     .                      .                   .
27703
27704                            17 s l a RET        p 8 RET
27705 @end smallexample
27706 @end group
27707
27708 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
27709 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
27710 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d SPC} command
27711 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
27712 operators on the stack to be recomputed without any other
27713 side effects.
27714
27715 @kindex s :
27716 @pindex calc-assign
27717 @tindex assign
27718 @tindex :=
27719 Embedded Mode also uses @samp{=>} operators.  In embedded mode,
27720 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
27721 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
27722 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
27723 by itself.  But Embedded Mode recognizes it and marks it as a sort
27724 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
27725 operators in algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
27726 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
27727 and value from the stack and replaces them with an assignment.
27728
27729 @xref{TeX Language Mode}, for the way @samp{=>} appears in
27730 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
27731 treatment to @samp{=>}.
27732
27733 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
27734 @chapter Graphics
27735
27736 @noindent
27737 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
27738 uses GNUPLOT 2.0 or 3.0 to do graphics.  These commands will only work
27739 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
27740 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
27741 However, it is free software and can be obtained from the Free
27742 Software Foundation's machine @samp{prep.ai.mit.edu}.)
27743
27744 @vindex calc-gnuplot-name
27745 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
27746 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable
27747 in your @file{.emacs} file.  You may also need to set some Lisp
27748 variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
27749 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are
27750 using the X window system, Calc will configure GNUPLOT for you
27751 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 and you are not using X,
27752 Calc will configure GNUPLOT to display graphs using simple character
27753 graphics that will work on any terminal.
27754
27755 @menu
27756 * Basic Graphics::
27757 * Three Dimensional Graphics::
27758 * Managing Curves::
27759 * Graphics Options::
27760 * Devices::
27761 @end menu
27762
27763 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
27764 @section Basic Graphics
27765
27766 @noindent
27767 @kindex g f
27768 @pindex calc-graph-fast
27769 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
27770 This command takes two vectors of equal length from the stack.
27771 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
27772 the various data points.  The vector in the second-to-top position
27773 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
27774 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
27775 commands) and displays the set of data points.  The points will
27776 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
27777 to indicate the points themselves.
27778
27779 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
27780 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
27781 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
27782
27783 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
27784 sequence of ``x'' values @cite{x}, @cite{x+1}, @cite{x+2}, etc.
27785 (Generally the number 0 or 1 would be used for @cite{x} in this case.)
27786
27787 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
27788 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
27789 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
27790 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
27791 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
27792 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
27793 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
27794 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
27795 or an interval if ``y'' is a formula.)
27796
27797 @c @starindex
27798 @tindex xy
27799 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
27800 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
27801 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
27802 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
27803 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
27804 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
27805 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
27806 will be a circle.@refill
27807
27808 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
27809 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
27810 variables.
27811
27812 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
27813 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
27814 be real numbers (integers, fractions, or floats).  If either the ``x''
27815 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
27816 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
27817 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
27818
27819 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
27820 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
27821
27822 @cindex @code{PlotRejects} variable
27823 @vindex PlotRejects
27824 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
27825 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
27826 this vector for every data point which was rejected because its
27827 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
27828 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
27829 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
27830 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
27831 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
27832 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
27833 @code{PlotRejects}.
27834
27835 @kindex g c
27836 @pindex calc-graph-clear
27837 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
27838 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
27839 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
27840 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
27841 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
27842 window if there is one.
27843
27844 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
27845 @section Three-Dimensional Graphics
27846
27847 @kindex g F
27848 @pindex calc-graph-fast-3d
27849 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
27850 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
27851 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
27852
27853 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
27854 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
27855 are several options for these values.
27856
27857 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
27858 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
27859 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
27860 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
27861 result is a surface plot where @c{$z_{ij}$}
27862 @cite{z_ij} is the height of the point
27863 at coordinate @cite{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
27864 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
27865 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
27866 buffer as described later.  See the GNUPLOT 3.0 documentation for a
27867 description of the @samp{set view} command.
27868
27869 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
27870 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
27871
27872 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
27873 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
27874 where the coordinates of points along the line are successive triplets
27875 of values from the input vectors.
27876
27877 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
27878 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
27879 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
27880 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
27881 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
27882 3D surface.
27883
27884 @c @starindex
27885 @tindex xyz
27886 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
27887 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
27888 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
27889 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
27890 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
27891 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
27892 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
27893 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
27894 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
27895 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
27896 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
27897 vectors with more than 5 elements.
27898
27899 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
27900 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
27901 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
27902 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
27903 helix (a three-dimensional spiral).
27904
27905 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
27906 variables containing the relevant data.
27907
27908 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
27909 @section Managing Curves
27910
27911 @noindent
27912 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
27913 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
27914 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
27915 by using these commands directly.
27916
27917 @kindex g a
27918 @pindex calc-graph-add
27919 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
27920 represented by the two values on the top of the stack to the current
27921 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
27922 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
27923 on the same axes.
27924
27925 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
27926 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
27927 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
27928 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
27929 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
27930 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
27931 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
27932 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
27933 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
27934 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
27935 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
27936 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
27937 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
27938
27939 @vindex PlotData1
27940 @vindex PlotData2
27941 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
27942 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
27943 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
27944 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
27945 that uses a certain variable and then later change that variable, you
27946 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
27947 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
27948 itself, is what was added by @kbd{g a}.
27949
27950 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
27951 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
27952 argument @cite{n}, the top @cite{n} stack entries are ``y'' values
27953 for @cite{n} different curves which share a common ``x'' value in
27954 the @cite{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
27955 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
27956
27957 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
27958 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
27959 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
27960
27961 A negative prefix argument tells Calc to read @cite{n} vectors from
27962 the stack; each vector @cite{[x, y]} describes an independent curve.
27963 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
27964 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
27965 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
27966 they are to look nice on the same graph.)
27967
27968 For example, to plot @c{$\sin n x$}
27969 @cite{sin(n x)} for integers @cite{n}
27970 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
27971 (@cite{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
27972 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
27973 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
27974 command.
27975
27976 @kindex g A
27977 @pindex calc-graph-add-3d
27978 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
27979 to the graph.  It is not legal to intermix 2D and 3D curves in a
27980 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
27981 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @cite{n}, it
27982 takes @cite{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @cite{n}
27983 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
27984 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
27985 prefix @cite{-n}, it takes @cite{n} vectors of the form @cite{[x, y, z]}.
27986 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
27987 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
27988
27989 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
27990 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
27991 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
27992 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
27993 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
27994 check for this.)
27995
27996 @kindex g d
27997 @pindex calc-graph-delete
27998 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
27999 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
28000 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
28001 it deletes all of the curves from the graph.
28002
28003 @kindex g H
28004 @pindex calc-graph-hide
28005 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
28006 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
28007 the actual plot, but information about it such as its name and line and
28008 point styles will be retained.
28009
28010 @kindex g j
28011 @pindex calc-graph-juggle
28012 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
28013 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
28014 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
28015 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
28016 with any curve in the graph even though curve-related commands only
28017 affect the last curve in the list.
28018
28019 @kindex g p
28020 @pindex calc-graph-plot
28021 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
28022 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
28023 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
28024 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
28025 command are written to a temporary data file and the variable names
28026 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
28027 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
28028 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
28029 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
28030
28031 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
28032 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
28033 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
28034 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
28035 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
28036 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
28037 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
28038
28039 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
28040 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
28041 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
28042 the data points it has computed and saved from previous plots of the
28043 function, and computes and inserts a new data point midway between
28044 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
28045 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
28046
28047 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
28048 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
28049 the current graph is three-dimensional.
28050
28051 @kindex g P
28052 @pindex calc-graph-print
28053 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
28054 except that it sends the output to a printer instead of to the
28055 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
28056 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
28057 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
28058 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
28059 uses a different set of default values.  All of these values are
28060 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
28061 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
28062 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
28063 always plot to the printer.
28064
28065 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
28066 @section Graphics Options
28067
28068 @noindent
28069 @kindex g g
28070 @pindex calc-graph-grid
28071 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
28072 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
28073 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
28074 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
28075 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
28076 of the change you must give another @kbd{g p} command.
28077
28078 @kindex g b
28079 @pindex calc-graph-border
28080 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
28081 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
28082 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
28083
28084 @kindex g k
28085 @pindex calc-graph-key
28086 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
28087 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
28088 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
28089 off by default, and is only really useful if you have several
28090 curves on the same graph.
28091
28092 @kindex g N
28093 @pindex calc-graph-num-points
28094 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
28095 to select the number of data points in the graph.  This only affects
28096 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
28097 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
28098 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
28099 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
28100 a blank line, displays the default number of points used for all
28101 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
28102 With a negative prefix argument, this command changes or displays
28103 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
28104 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @cite{5^2 = 25} points
28105 will be computed for the surface.
28106
28107 Data values in the graph of a function are normally computed to a
28108 precision of five digits, regardless of the current precision at the
28109 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
28110 it will not be.  For example, plotting @cite{1 + x} with @cite{x} in the
28111 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
28112 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
28113 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
28114 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
28115 there is no keystroke-based command to set the precision.
28116
28117 @kindex g h
28118 @pindex calc-graph-header
28119 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
28120 for the graph.  This will show up centered above the graph.
28121 The default title is blank (no title).
28122
28123 @kindex g n
28124 @pindex calc-graph-name
28125 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
28126 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
28127 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
28128 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
28129 the other curves you must first juggle them to the end of the list
28130 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
28131 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
28132 not used.
28133
28134 @kindex g t
28135 @kindex g T
28136 @pindex calc-graph-title-x
28137 @pindex calc-graph-title-y
28138 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
28139 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
28140 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
28141 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
28142 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
28143 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
28144 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
28145
28146 @kindex g r
28147 @kindex g R
28148 @pindex calc-graph-range-x
28149 @pindex calc-graph-range-y
28150 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
28151 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
28152 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
28153 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
28154 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
28155 default behavior of setting the range based on the range of values
28156 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
28157 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
28158 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
28159
28160 @kindex g l
28161 @kindex g L
28162 @pindex calc-graph-log-x
28163 @pindex calc-graph-log-y
28164 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
28165 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
28166 be logarithmic instead of linear.
28167
28168 @kindex g C-l
28169 @kindex g C-r
28170 @kindex g C-t
28171 @pindex calc-graph-log-z
28172 @pindex calc-graph-range-z
28173 @pindex calc-graph-title-z
28174 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
28175 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
28176 for the ``z'' axis.
28177
28178 @kindex g z
28179 @kindex g Z
28180 @pindex calc-graph-zero-x
28181 @pindex calc-graph-zero-y
28182 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
28183 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
28184 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
28185 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
28186 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
28187 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
28188 not available for 3D plots.
28189
28190 @kindex g s
28191 @pindex calc-graph-line-style
28192 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
28193 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
28194 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
28195 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
28196 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
28197 start at one and their meanings vary depending on the output device.
28198 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
28199 available for any device.
28200
28201 @kindex g S
28202 @pindex calc-graph-point-style
28203 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
28204 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
28205 If you turn both lines and points off, the data points will show as
28206 tiny dots.
28207
28208 @cindex @code{LineStyles} variable
28209 @cindex @code{PointStyles} variable
28210 @vindex LineStyles
28211 @vindex PointStyles
28212 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
28213 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
28214 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
28215 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
28216 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
28217 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
28218 the style be chosen automatically, or @i{-1} to turn off lines or points
28219 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
28220 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
28221 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
28222
28223 For example, @kbd{'[2 -1 3] RET s t LineStyles} causes the first curve
28224 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
28225 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
28226 still be assigned automatically, but you could store another vector in
28227 @code{PointStyles} to define them, too.
28228
28229 @node Devices, , Graphics Options, Graphics
28230 @section Graphical Devices
28231
28232 @noindent
28233 @kindex g D
28234 @pindex calc-graph-device
28235 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
28236 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
28237 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
28238 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
28239 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
28240
28241 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
28242 the default device name, used by all plots in the future which do
28243 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
28244 blank line this command shows you the current default.  The special
28245 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
28246 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
28247 @code{DISPLAY} environment variable), or otherwise @code{dumb} under
28248 GNUPLOT 3.0 and later, or @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.
28249 This is the initial default value.
28250
28251 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
28252 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
28253 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
28254 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
28255 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
28256 dumb terminals will be @c{$80\times24$}
28257 @asis{80x24} characters.  The graph is displayed in
28258 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{M-# M-#} to exit
28259 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
28260 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
28261
28262 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
28263 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
28264 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
28265 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
28266 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
28267 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
28268 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
28269 of the four directions.
28270
28271 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
28272 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
28273 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
28274 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
28275 plot on any text-only printer.
28276
28277 @kindex g O
28278 @pindex calc-graph-output
28279 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of
28280 the output file used by GNUPLOT.  For some devices, notably @code{x11},
28281 there is no output file and this information is not used.  Many other
28282 ``devices'' are really file formats like @code{postscript}; in these
28283 cases the output in the desired format goes into the file you name
28284 with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout RET} to set GNUPLOT to write
28285 to its standard output stream, i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.
28286 This is the default setting.
28287
28288 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
28289 is going to write graphics commands directly to its standard output,
28290 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
28291 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
28292 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
28293 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
28294 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
28295 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
28296 to Emacs afterwards to refresh the screen.
28297
28298 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
28299 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
28300 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
28301 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
28302 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
28303 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
28304
28305 The default and printer devices and output files can be saved
28306 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
28307 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
28308 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
28309 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
28310 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28311
28312 @vindex calc-gnuplot-plot-command
28313 @vindex calc-gnuplot-default-device
28314 @vindex calc-gnuplot-default-output
28315 @vindex calc-gnuplot-print-command
28316 @vindex calc-gnuplot-print-device
28317 @vindex calc-gnuplot-print-output
28318 If you are installing Calc you may wish to configure the default and
28319 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
28320 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
28321 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
28322 file names must be either strings as described above, or Lisp
28323 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
28324
28325 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
28326 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
28327 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
28328 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
28329 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
28330 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
28331 to display or print the output.
28332
28333 @kindex g x
28334 @pindex calc-graph-display
28335 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
28336 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
28337 a blank line to see the current display name.  This command has no
28338 effect unless the current device is @code{x11}.
28339
28340 @kindex g X
28341 @pindex calc-graph-geometry
28342 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
28343 command for specifying the position and size of the X window.
28344 The normal value is @code{default}, which generally means your
28345 window manager will let you place the window interactively.
28346 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
28347 window in the upper-left corner of the screen.
28348
28349 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
28350 session with GNUPLOT.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
28351 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
28352 error message has appeared here and display the buffer for you when
28353 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
28354 something has gone wrong.
28355
28356 @kindex g C
28357 @pindex calc-graph-command
28358 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
28359 enter any line of text, then simply sends that line to the current
28360 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
28361 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
28362 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
28363
28364 @kindex g v
28365 @kindex g V
28366 @pindex calc-graph-view-commands
28367 @pindex calc-graph-view-trail
28368 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
28369 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
28370 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
28371 This happens automatically when Calc thinks there is something you
28372 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
28373 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
28374 buffer is hidden again.
28375
28376 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
28377 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
28378 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
28379 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
28380 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
28381 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
28382 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
28383 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
28384 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
28385 You may have to type @kbd{g C RET} a few times to clear the
28386 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
28387 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
28388 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
28389 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
28390 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
28391 with @kbd{g p}.
28392
28393 @kindex g q
28394 @pindex calc-graph-quit
28395 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
28396 process that is running.  The next graphing command you give will
28397 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
28398 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
28399 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
28400 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
28401
28402 @kindex g K
28403 @pindex calc-graph-kill
28404 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
28405 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
28406 you can see the process being killed.  This is better if you are
28407 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
28408
28409 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
28410 @chapter Kill and Yank Functions
28411
28412 @noindent
28413 The commands in this chapter move information between the Calculator and
28414 other Emacs editing buffers.
28415
28416 In many cases Embedded Mode is an easier and more natural way to
28417 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
28418
28419 @menu
28420 * Killing From Stack::
28421 * Yanking Into Stack::
28422 * Grabbing From Buffers::
28423 * Yanking Into Buffers::
28424 * X Cut and Paste::
28425 @end menu
28426
28427 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
28428 @section Killing from the Stack
28429
28430 @noindent
28431 @kindex C-k
28432 @pindex calc-kill
28433 @kindex M-k
28434 @pindex calc-copy-as-kill
28435 @kindex C-w
28436 @pindex calc-kill-region
28437 @kindex M-w
28438 @pindex calc-copy-region-as-kill
28439 @cindex Kill ring
28440 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the
28441 ``kill ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y}
28442 command.  Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which
28443 kills one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point,
28444 and @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
28445 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too.  Also,
28446 @kbd{M-k} has been provided to complete the set; it puts the current line
28447 into the kill ring without deleting anything.
28448
28449 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
28450 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below the
28451 bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.  Otherwise,
28452 they operate on whatever stack element the cursor is on.  Calc's kill
28453 commands always operate on whole stack entries.  (They act the same as their
28454 standard Emacs cousins except they ``round up'' the specified region to
28455 encompass full lines.)  The text is copied into the kill ring exactly as
28456 it appears on the screen, including line numbers if they are enabled.
28457
28458 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
28459 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @cite{n-1}
28460 lines below it.  A negative argument kills the @cite{-n} lines above the
28461 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
28462 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
28463 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
28464 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
28465 newline.
28466
28467 @node Yanking Into Stack, Grabbing From Buffers, Killing From Stack, Kill and Yank
28468 @section Yanking into the Stack
28469
28470 @noindent
28471 @kindex C-y
28472 @pindex calc-yank
28473 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
28474 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
28475 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
28476 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
28477 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
28478 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
28479 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
28480 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
28481 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
28482 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
28483 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
28484 difference.)
28485
28486 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
28487 @section Grabbing from Other Buffers
28488
28489 @noindent
28490 @kindex M-# g
28491 @pindex calc-grab-region
28492 The @kbd{M-# g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
28493 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
28494 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
28495 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
28496 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
28497 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
28498 If the @kbd{M-# g} command works successfully, it does an automatic
28499 @kbd{M-# c} to enter the Calculator buffer.
28500
28501 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
28502 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
28503 @cite{n}th following newline (so that @kbd{M-1 M-# g} grabs from point
28504 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
28505 back to the @cite{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
28506 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
28507 delete given that prefix argument.
28508
28509 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
28510 line.
28511
28512 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
28513 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
28514 @kbd{M-# g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
28515 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u M-# g} on the same region
28516 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
28517 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
28518 vector of one element by plain @kbd{M-# g} because the interpretation
28519 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
28520
28521 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
28522 the grabbed text will be interpreted according to that language.
28523
28524 @kindex M-# r
28525 @pindex calc-grab-rectangle
28526 The @kbd{M-# r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
28527 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
28528 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
28529 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
28530 whose contents are parsed.
28531
28532 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
28533 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
28534 only if every row contains the same number of values.
28535
28536 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
28537 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
28538 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
28539 is ignored.
28540
28541 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
28542 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
28543 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
28544 force this interpretation (even if the line contains bracketed
28545 portions), give a negative numeric prefix argument to the
28546 @kbd{M-# r} command.
28547
28548 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
28549 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
28550 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u M-# r} will be a
28551 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
28552 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{M-# r}} will interpret this as
28553 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
28554 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u M-# r} will interpret this row
28555 as @samp{[2*a]}.
28556
28557 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
28558 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
28559 separately as a matrix element.  If a line contained
28560 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
28561 would correctly split the line into two error forms.@refill
28562
28563 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
28564 constituent rows and columns.  (If it is a @c{$1\times1$}
28565 @asis{1x1} matrix, just hit @kbd{v u}
28566 (@code{calc-unpack}) twice.)
28567
28568 @kindex M-# :
28569 @kindex M-# _
28570 @pindex calc-grab-sum-across
28571 @pindex calc-grab-sum-down
28572 @cindex Summing rows and columns of data
28573 The @kbd{M-# :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
28574 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
28575 typing @kbd{M-# r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
28576 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
28577 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
28578 in the input data.  The @kbd{M-# _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
28579 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
28580
28581 As well as being more convenient, @kbd{M-# :} and @kbd{M-# _} are also
28582 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
28583 the stack.  In a @kbd{M-# r V R : +} sequence, formatting the vector
28584 for display on the stack takes a large fraction of the total time
28585 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
28586
28587 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
28588 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
28589 set the mark; go to the other corner and type @kbd{M-# :}.  Since there
28590 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
28591 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
28592 you want to do further arithmetic with it.)
28593
28594 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
28595 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
28596 Use @kbd{M-# r} to grab the column of numbers into the calculator in
28597 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
28598 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
28599 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
28600 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
28601
28602 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
28603 @section Yanking into Other Buffers
28604
28605 @noindent
28606 @kindex y
28607 @pindex calc-copy-to-buffer
28608 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
28609 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
28610 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
28611 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
28612 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
28613 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
28614 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
28615 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
28616
28617 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
28618 A positive argument inserts the specified number of values from the top
28619 of the stack.  A negative argument inserts the @cite{n}th value from the
28620 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
28621 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
28622 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
28623 latter strips off the trailing newline.
28624
28625 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
28626 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
28627 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
28628 @kbd{M-# g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
28629 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
28630 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
28631 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
28632 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
28633 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
28634 @kbd{M-# g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{M-# r}).@refill
28635
28636 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
28637 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
28638 overwrite the characters following point rather than being inserted
28639 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
28640 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
28641 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
28642 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
28643 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
28644 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
28645 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
28646 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
28647 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
28648 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
28649 to overwriting one complete number with another.
28650
28651 @kindex M-# y
28652 The @kbd{M-# y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
28653 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
28654 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
28655
28656 @node X Cut and Paste, , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
28657 @section X Cut and Paste
28658
28659 @noindent
28660 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
28661 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
28662 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
28663
28664 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
28665 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
28666 select the text between the cursor and the clicked location, and
28667 the middle button to yank the selection into the buffer at the
28668 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
28669 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
28670 to select a number, vector, or formula from one window, then
28671 middle-click to paste that value into the other window.  When you
28672 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
28673 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
28674 new value is always pushed onto the top of the stack.
28675
28676 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
28677 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
28678 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
28679 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
28680 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
28681 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
28682 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
28683 in the Calc window.
28684
28685 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Introduction
28686 @chapter ``Keypad'' Mode
28687
28688 @noindent
28689 @kindex M-# k
28690 @pindex calc-keypad
28691 The @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
28692 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
28693 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
28694 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
28695 The original window remains the selected window; in keypad mode
28696 you can type in your file while simultaneously performing
28697 calculations with the mouse.
28698
28699 @pindex full-calc-keypad
28700 If you have used @kbd{M-# b} first, @kbd{M-# k} instead invokes
28701 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
28702 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
28703 trail all at once.  This mode would normally be used when running
28704 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
28705
28706 If you aren't using the X window system, you must switch into
28707 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
28708 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
28709 is easier than using Calc normally, go right ahead.
28710
28711 Calc commands are more or less the same in keypad mode.  Certain
28712 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
28713 keystrokes; all such deviations are described below.
28714
28715 Keypad Mode includes many more commands than will fit on the keypad
28716 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
28717 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
28718 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
28719 To return to earlier menus, click the middle mouse button
28720 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
28721 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
28722 is equivalent to clicking the right mouse button there.
28723
28724 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
28725 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
28726 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
28727 original buffer.
28728
28729 @menu
28730 * Keypad Main Menu::
28731 * Keypad Functions Menu::
28732 * Keypad Binary Menu::
28733 * Keypad Vectors Menu::
28734 * Keypad Modes Menu::
28735 @end menu
28736
28737 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
28738 @section Main Menu
28739
28740 @group
28741 @smallexample
28742 |----+-----Calc 2.00-----+----1
28743 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
28744 |----+----+----+----+----+----|
28745 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
28746 |----+----+----+----+----+----|
28747 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
28748 |----+----+----+----+----+----|
28749 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
28750 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
28751 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
28752 |-----+-----+-----+-----+-----|
28753 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
28754 |-----+-----+-----+-----+-----|
28755 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
28756 |-----+-----+-----+-----+-----|
28757 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
28758 |-----+-----+-----+-----+-----+
28759 @end smallexample
28760 @end group
28761
28762 @noindent
28763 This is the menu that appears the first time you start Keypad Mode.
28764 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
28765 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
28766 screen you will be able to see the top three stack entries.
28767
28768 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
28769 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
28770 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
28771 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
28772 or any other function key.
28773
28774 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
28775 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
28776 At other times it changes the sign of the number on the top of the
28777 stack.
28778
28779 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
28780 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad Mode
28781 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
28782 below and in the following sections.
28783
28784 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
28785 duplicates the top entry on the stack.
28786
28787 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
28788 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
28789 ``last arguments'' (@kbd{M-RET}).
28790
28791 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
28792 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
28793 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
28794 the stack, then removes that many additional stack elements.
28795
28796 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
28797 that would normally work in Calc mode.  This can include a
28798 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
28799 switch into the Calc window and type commands in it; there is
28800 nothing ``magic'' about this window when Keypad Mode is active.
28801
28802 The other keys in this display perform their obvious calculator
28803 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
28804 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
28805 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
28806
28807 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
28808 give you access to some common functions even if the appropriate menu
28809 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
28810 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
28811
28812 @table @kbd
28813 @item INV +/-
28814 is the same as @key{1/x}.
28815 @item INV +
28816 is the same as @key{SQRT}.
28817 @item INV -
28818 is the same as @key{CONJ}.
28819 @item INV *
28820 is the same as @key{y^x}.
28821 @item INV /
28822 is the same as @key{INV y^x} (the @cite{x}th root of @cite{y}).
28823 @item HYP/INV 1
28824 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
28825 @item HYP/INV 2
28826 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
28827 @item HYP/INV 3
28828 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
28829 @item INV/HYP 4
28830 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
28831 @item INV/HYP 5
28832 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
28833 @item INV 6
28834 is the same as @key{ABS}.
28835 @item INV 7
28836 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
28837 @item INV 8
28838 is the same as @key{CLN2}.
28839 @item INV 9
28840 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
28841 @item INV 0
28842 is the same as @key{IMAG}.
28843 @item INV .
28844 is the same as @key{PREC}.
28845 @item INV ENTER
28846 is the same as @key{SWAP}.
28847 @item HYP ENTER
28848 is the same as @key{RLL3}.
28849 @item INV HYP ENTER
28850 is the same as @key{OVER}.
28851 @item HYP +/-
28852 packs the top two stack entries as an error form.
28853 @item HYP EEX
28854 packs the top two stack entries as a modulo form.
28855 @item INV EEX
28856 creates an interval form; this removes an integer which is one
28857 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
28858 by the two limits of the interval.
28859 @end table
28860
28861 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{M-# k} or @kbd{M-# M-#}
28862 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
28863 hitting @kbd{M-# c} again in the normal calculator.  If Calc is
28864 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
28865 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
28866 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
28867
28868 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
28869 @section Functions Menu
28870
28871 @group
28872 @smallexample
28873 |----+----+----+----+----+----2
28874 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
28875 |----+----+----+----+----+----|
28876 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
28877 |----+----+----+----+----+----|
28878 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
28879 |----+----+----+----+----+----|
28880 @end smallexample
28881 @end group
28882
28883 @noindent
28884 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
28885 prefix keys.
28886
28887 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
28888 number @cite{i = (0, 1)}.
28889
28890 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
28891 extracts the imaginary part.
28892
28893 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
28894 a random number greater than or equal to zero but less than that
28895 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
28896 again'' command; it computes another random number using the
28897 same limit as last time.
28898
28899 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
28900
28901 @key{INV FACT} is the gamma function.  @c{$\Gamma(x) = (x-1)!$}
28902 @cite{gamma(x) = (x-1)!}.
28903
28904 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
28905 @kbd{H k c} key in normal Calc.
28906
28907 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
28908 finds the previous prime.
28909
28910 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
28911 @section Binary Menu
28912
28913 @group
28914 @smallexample
28915 |----+----+----+----+----+----3
28916 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
28917 |----+----+----+----+----+----|
28918 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
28919 |----+----+----+----+----+----|
28920 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
28921 |----+----+----+----+----+----|
28922 @end smallexample
28923 @end group
28924
28925 @noindent
28926 The keys in this menu perform operations on binary integers.
28927 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
28928 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
28929
28930 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
28931 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
28932
28933 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
28934 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
28935 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
28936 for entering hexadecimal numbers.
28937
28938 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
28939 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
28940 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
28941 The initial word size is 32 bits.
28942
28943 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
28944 @section Vectors Menu
28945
28946 @group
28947 @smallexample
28948 |----+----+----+----+----+----4
28949 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
28950 |----+----+----+----+----+----|
28951 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
28952 |----+----+----+----+----+----|
28953 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
28954 |----+----+----+----+----+----|
28955 @end smallexample
28956 @end group
28957
28958 @noindent
28959 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
28960
28961 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
28962 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
28963 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
28964 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
28965 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
28966 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
28967 rows into a matrix.
28968
28969 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
28970 components separately.
28971
28972 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
28973 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
28974 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
28975 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
28976 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
28977
28978 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
28979 identity matrix.
28980
28981 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
28982
28983 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
28984
28985 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
28986 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
28987
28988 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
28989 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
28990 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
28991 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
28992
28993 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
28994 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
28995 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
28996
28997 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
28998 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
28999 @key{HYP MAX} computes the median.
29000
29001 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
29002 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
29003 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
29004 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
29005 all the elements of a vector.
29006
29007 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
29008 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
29009 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
29010 second-to-top position and matches them to the variables in
29011 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
29012 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
29013 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
29014 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
29015 the formula @samp{x^y}.
29016
29017 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @cite{x} onto the
29018 stack.  To build the formula @cite{x^2 + 6}, you would use the
29019 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
29020 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
29021 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
29022 @kbd{"x"} key pushes the variable names @cite{y}, @cite{z}, and
29023 @cite{t}, respectively.
29024
29025 @node Keypad Modes Menu, , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
29026 @section Modes Menu
29027
29028 @group
29029 @smallexample
29030 |----+----+----+----+----+----5
29031 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
29032 |----+----+----+----+----+----|
29033 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
29034 |----+----+----+----+----+----|
29035 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
29036 |----+----+----+----+----+----|
29037 @end smallexample
29038 @end group
29039
29040 @noindent
29041 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
29042
29043 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
29044 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
29045 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
29046 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
29047 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
29048
29049 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
29050 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
29051 well as to the left.
29052
29053 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
29054 for trigonometric functions.
29055
29056 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
29057 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
29058 fractional or floating-point results.
29059
29060 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
29061 polar or rectangular complex numbers are used by default.
29062
29063 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
29064 operations that would produce inexact floating-point results
29065 are left unevaluated as algebraic formulas.
29066
29067 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
29068 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
29069
29070 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
29071 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
29072 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
29073 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
29074
29075 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
29076 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
29077 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
29078 variables are not available in Keypad Mode.)  You can also use,
29079 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
29080
29081 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
29082 @chapter Embedded Mode
29083
29084 @noindent
29085 Embedded Mode in Calc provides an alternative to copying numbers
29086 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
29087 stack.  In Embedded Mode, your editing buffer becomes temporarily
29088 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
29089
29090 @menu
29091 * Basic Embedded Mode::
29092 * More About Embedded Mode::
29093 * Assignments in Embedded Mode::
29094 * Mode Settings in Embedded Mode::
29095 * Customizing Embedded Mode::
29096 @end menu
29097
29098 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
29099 @section Basic Embedded Mode
29100
29101 @noindent
29102 @kindex M-# e
29103 @pindex calc-embedded
29104 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
29105 formula in any buffer and press @kbd{M-# e} (@code{calc-embedded}).
29106 Note that @kbd{M-# e} is not to be used in the Calc stack buffer
29107 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
29108 are visiting your own files.
29109
29110 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
29111 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
29112 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded Mode
29113 understands are:
29114
29115 @enumerate
29116 @item
29117 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
29118 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
29119 @item
29120 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end};
29121 @item
29122 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
29123 @item
29124 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
29125 @item
29126 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
29127 @end enumerate
29128
29129 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
29130 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
29131 on their own separate lines or in-line with the formula.
29132
29133 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
29134 instead uses the current point as one end of the formula, and moves
29135 forward or backward (respectively) by that many lines to find the
29136 other end.  Explicit delimiters are not necessary in this case.
29137
29138 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region
29139 (delimited by point and mark) instead of formula delimiters.
29140
29141 @kindex M-# w
29142 @pindex calc-embedded-word
29143 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, Calc scans for the first
29144 non-numeric character (i.e., the first character that is not a
29145 digit, sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e})
29146 forward and backward to delimit the formula.  @kbd{M-# w}
29147 (@code{calc-embedded-word}) is equivalent to @kbd{C-u M-# e}.
29148
29149 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
29150 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
29151 It's best if the current Calc language mode is correct for the
29152 formula, but Calc can generally identify @TeX{} formulas and
29153 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
29154 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
29155 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
29156 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
29157 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
29158 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
29159 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
29160 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
29161
29162 If you press @kbd{M-# e} or @kbd{M-# w} to activate an embedded
29163 formula which is blank, say with the cursor on the space between
29164 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
29165 an algebraic entry.
29166
29167 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
29168 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
29169 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
29170 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
29171 not affected by Embedded mode.
29172
29173 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
29174 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
29175 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
29176 You can create a Calc window by hand with @kbd{M-# o} if you
29177 find you need to see the entire stack.
29178
29179 For example, typing @kbd{M-# e} while somewhere in the formula
29180 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
29181 inequality:
29182
29183 @example
29184 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
29185 @end example
29186
29187 @noindent
29188 The formula @cite{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
29189 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
29190 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
29191 to match Calc's usual display style:
29192
29193 @example
29194 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
29195 @end example
29196
29197 @noindent
29198 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
29199 in a different formula, one which we have not yet touched with
29200 Embedded mode.
29201
29202 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
29203 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
29204 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
29205 This is a selection-based command for which we first need to
29206 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
29207 needs to be commuted.
29208
29209 @example
29210 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
29211 @end example
29212
29213 The @kbd{M-# o} command is a useful way to open a Calc window
29214 without actually selecting that window.  Giving this command
29215 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
29216 @kbd{17 RET} would produce:
29217
29218 @example
29219 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
29220 @end example
29221
29222 @noindent
29223 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
29224 at this point will exchange the two stack values and restore
29225 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
29226 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
29227 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
29228 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
29229 stack at any given time (unless you use @kbd{M-# o}).
29230
29231 Typing @kbd{M-# e} again turns Embedded mode off.  The Calc
29232 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
29233 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
29234 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
29235 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
29236 that happens on the stack is entirely your business as far as
29237 Embedded mode is concerned.
29238
29239 If you press @kbd{M-# e} in the wrong place by accident, it is
29240 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
29241 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
29242 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
29243 press @kbd{M-# e} again to exit Embedded mode, then give the
29244 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
29245 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
29246 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
29247 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
29248 you haven't done anything with this formula yet.
29249
29250 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
29251 @section More About Embedded Mode
29252
29253 @noindent
29254 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
29255 the formula for the first time since the buffer was created or
29256 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
29257 written.  If the formula contains any @TeX{}-like @samp{\} sequences,
29258 it is parsed (i.e., read) in @TeX{} mode.  If the formula appears to
29259 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
29260 it is parsed according to the current language mode.
29261
29262 Note that Calc does not change the current language mode according
29263 to what it finds.  Even though it can read a @TeX{} formula when
29264 not in @TeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
29265 whatever language mode is in effect.  You must then type @kbd{d T}
29266 to switch Calc permanently into @TeX{} mode if that is what you
29267 desire.
29268
29269 @tex
29270 \bigskip
29271 @end tex
29272
29273 @kindex d p
29274 @pindex calc-show-plain
29275 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
29276 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
29277 specify matrix display styles which the parser is unable to
29278 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
29279 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
29280 formula is placed in front of the fully-formatted version.
29281 When Calc reads a formula that has such a plain version in
29282 front, it reads the plain version and ignores the formatted
29283 version.
29284
29285 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
29286 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
29287 character begins a comment in @TeX{}, so if your formula is
29288 embedded in a @TeX{} document its plain version will be
29289 invisible in the final printed copy.  @xref{Customizing
29290 Embedded Mode}, to see how to change the ``plain'' formula
29291 delimiters, say to something that @dfn{eqn} or some other
29292 formatter will treat as a comment.
29293
29294 There are several notations which Calc's parser for ``big''
29295 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
29296 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
29297 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
29298 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
29299 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
29300 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
29301 Calc will be able to read your formula later.
29302
29303 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
29304 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
29305 any digits that are computed but not displayed will simply be
29306 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
29307 mode allows you to make sure that the complete number is present
29308 in the file as well as the rounded-down number.
29309
29310 @tex
29311 \bigskip
29312 @end tex
29313
29314 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
29315 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
29316 which is @c{$\pi$}
29317 @cite{pi} to the normal 12 decimal places, and then
29318 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
29319 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
29320 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
29321 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
29322 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
29323 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
29324 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
29325 all non-displayed digits will have been lost unless you used
29326 ``plain'' mode.
29327
29328 @tex
29329 \bigskip
29330 @end tex
29331
29332 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
29333 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
29334 work on it.  For example, you might want to have a sequence
29335 like this in your file (elaborating here on the example from
29336 the ``Getting Started'' chapter):
29337
29338 @smallexample
29339 The derivative of
29340
29341                               ln(ln(x))
29342
29343 is
29344
29345                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
29346
29347 whose value at x = 2 is
29348
29349                             @r{(the value)}
29350
29351 and at x = 3 is
29352
29353                             @r{(the value)}
29354 @end smallexample
29355
29356 @kindex M-# d
29357 @pindex calc-embedded-duplicate
29358 The @kbd{M-# d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
29359 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{M-# d},
29360 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
29361 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
29362 Embedded mode is then enabled for that copy.
29363
29364 For this example, you would start with just
29365
29366 @smallexample
29367 The derivative of
29368
29369                               ln(ln(x))
29370 @end smallexample
29371
29372 @noindent
29373 and press @kbd{M-# d} with the cursor on this formula.  The result
29374 is
29375
29376 @smallexample
29377 The derivative of
29378
29379                               ln(ln(x))
29380
29381
29382                               ln(ln(x))
29383 @end smallexample
29384
29385 @noindent
29386 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
29387 You can now press @kbd{a d x RET} to take the derivative, and
29388 @kbd{M-# d M-# d} to make two more copies of the derivative.
29389 To complete the computations, type @kbd{3 s l x RET} to evaluate
29390 the last formula, then move up to the second-to-last formula
29391 and type @kbd{2 s l x RET}.
29392
29393 Finally, you would want to press @kbd{M-# e} to exit Embedded
29394 mode, then go up and insert the necessary text in between the
29395 various formulas and numbers.
29396
29397 @tex
29398 \bigskip
29399 @end tex
29400
29401 @kindex M-# f
29402 @kindex M-# '
29403 @pindex calc-embedded-new-formula
29404 The @kbd{M-# f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
29405 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
29406 some default delimiters, which are usually just blank lines,
29407 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
29408 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
29409 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
29410 the new delimiters, and pressing @kbd{M-# e}.  The key sequence
29411 @kbd{M-# '} is equivalent to @kbd{M-# f}.
29412
29413 @kindex M-# n
29414 @kindex M-# p
29415 @pindex calc-embedded-next
29416 @pindex calc-embedded-previous
29417 The @kbd{M-# n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{M-# p}
29418 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
29419 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
29420 can take positive or negative prefix arguments to move by several
29421 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
29422 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
29423 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
29424 @kbd{M-# n} and @kbd{M-# p} are a useful way to tell which
29425 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
29426 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
29427 formula, they just move the cursor.  (By the way, @kbd{M-# n} is
29428 not as awkward to type as it may seem, because @kbd{M-#} ignores
29429 Shift and Meta on the second keystroke:  @kbd{M-# M-N} can be typed
29430 by holding down Shift and Meta and alternately typing two keys.)
29431
29432 @kindex M-# `
29433 @pindex calc-embedded-edit
29434 The @kbd{M-# `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
29435 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
29436 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
29437 @kbd{M-# M-#} to finish the edit, or @kbd{M-# x} to cancel.
29438
29439 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
29440 @section Assignments in Embedded Mode
29441
29442 @noindent
29443 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
29444 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
29445 a definition in one formula, then refer to that definition in
29446 other formulas embedded in the same buffer.
29447
29448 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
29449
29450 @example
29451 foo := 5
29452 @end example
29453
29454 @noindent
29455 records @cite{5} as the stored value of @code{foo} for the
29456 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
29457 does @emph{not} actually store @cite{5} as the ``global'' value
29458 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
29459 formulas in other buffers, will not see this assignment.
29460
29461 One way to use this assigned value is simply to create an
29462 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
29463 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
29464 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
29465 is to use @samp{=>} elsewhere:
29466
29467 @example
29468 foo + 7 => 12
29469 @end example
29470
29471 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
29472
29473 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
29474 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
29475
29476 @example
29477 foo := 17
29478
29479 foo + 7 => 24
29480 @end example
29481
29482 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
29483 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
29484 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
29485 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
29486 variable @code{foo} becomes unassigned:
29487
29488 @example
29489 17
29490
29491 foo + 7 => foo + 7
29492 @end example
29493
29494 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
29495 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
29496 Then, @kbd{17 TAB DEL} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
29497 Subformulas}, to see how this works).
29498
29499 @kindex M-# j
29500 @pindex calc-embedded-select
29501 The @kbd{M-# j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
29502 easy way to operate on assigments.  It is just like @kbd{M-# e},
29503 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
29504 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
29505 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
29506 A formula can also be a combination of both:
29507
29508 @example
29509 bar := foo + 3 => 20
29510 @end example
29511
29512 @noindent
29513 in which case @kbd{M-# j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
29514
29515 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
29516 mode.
29517
29518 @kindex M-# u
29519 @kindex M-# =
29520 @pindex calc-embedded-update
29521 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
29522 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
29523 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
29524 the change.  The @kbd{M-# u} or @kbd{M-# =}
29525 (@code{calc-embedded-update-formula}) command is a convenient way
29526 to do this.@refill
29527
29528 @example
29529 foo := 6
29530
29531 foo + 7 => 13
29532 @end example
29533
29534 Pressing @kbd{M-# u} is much like pressing @kbd{M-# e = M-# e}, that
29535 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
29536 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{M-# u} does
29537 not actually use @kbd{M-# e}, and in fact another formula somewhere
29538 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{M-# u} and
29539 that formula will not be disturbed.
29540
29541 With a numeric prefix argument, @kbd{M-# u} updates all active
29542 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
29543 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
29544 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
29545 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
29546
29547 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u M-# u} updates only in the
29548 region between mark and point rather than in the whole buffer.
29549
29550 @kbd{M-# u} is also a handy way to activate a formula, such as an
29551 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
29552 file.
29553
29554 @kindex M-# a
29555 @pindex calc-embedded-activate
29556 The @kbd{M-# a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
29557 through the current buffer and activates all embedded formulas
29558 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
29559 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
29560 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
29561 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
29562 changed.
29563
29564 It is a good idea to type @kbd{M-# a} right after loading a file
29565 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
29566 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
29567 automatically.  The idea is to place near the end of your file
29568 a few lines that look like this:
29569
29570 @example
29571 --- Local Variables: ---
29572 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
29573 --- End: ---
29574 @end example
29575
29576 @noindent
29577 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
29578 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
29579 or omitted altogether; in a @TeX{} file, @samp{%} would be a good
29580 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
29581 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
29582 trailing strings.
29583
29584 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
29585 section like this one at the end of the file.  If it finds this
29586 section, it does the specified things (in this case, running
29587 @kbd{M-# a} automatically) before editing of the file begins.
29588 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
29589 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
29590 page of the file if the file has any page separators.
29591 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
29592 Emacs manual}.
29593
29594 Note that @kbd{M-# a} does not update the formulas it finds.
29595 To do this, type, say, @kbd{M-1 M-# u} after @w{@kbd{M-# a}}.
29596 Generally this should not be a problem, though, because the
29597 formulas will have been up-to-date already when the file was
29598 saved.
29599
29600 Normally, @kbd{M-# a} activates all the formulas it finds, but
29601 any previous active formulas remain active as well.  With a
29602 positive numeric prefix argument, @kbd{M-# a} first deactivates
29603 all current active formulas, then actives the ones it finds in
29604 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
29605 @kbd{M-# a} simply deactivates all formulas.
29606
29607 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
29608 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
29609 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
29610 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{M-# a}
29611 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
29612 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
29613 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
29614 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
29615 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
29616 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
29617 a few formulas one at a time but never use @kbd{M-# a}, or if you
29618 used @kbd{M-# a} but then Calc had to deactivate a formula
29619 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
29620 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
29621 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- M-# a}).
29622
29623 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
29624 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
29625 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
29626 following assignment is used.
29627
29628 @example
29629 x => 1
29630
29631 x := 1
29632
29633 x => 1
29634
29635 x := 2
29636
29637 x => 2
29638 @end example
29639
29640 As well as simple variables, you can also assign to subscript
29641 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
29642 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
29643 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
29644 but the automatic linkage between assignments and references works
29645 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
29646
29647 If there are no assignments to a given variable, the global
29648 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
29649 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
29650 Note that global stored values will be lost when the file is saved
29651 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
29652 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
29653 @pxref{Operations on Variables}.
29654
29655 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
29656 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
29657 recomputation off, you will have to use @kbd{M-# u} to update these
29658 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
29659 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
29660 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 M-# u}
29661 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
29662 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
29663 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
29664 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
29665 use @kbd{M-# u} to update the buffer by hand.
29666
29667 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
29668 @section Mode Settings in Embedded Mode
29669
29670 @noindent
29671 Embedded Mode has a rather complicated mechanism for handling mode
29672 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
29673 in the file that specify mode settings either global to the entire
29674 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
29675 case, different modes can be specified for use when a formula
29676 is the enabled Embedded Mode formula.
29677
29678 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for fraction
29679 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded Mode adds
29680 a line like the following one to the file just before the opening
29681 delimiter of the formula.
29682
29683 @example
29684 % [calc-mode: fractions: t]
29685 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
29686 @end example
29687
29688 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
29689 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
29690 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
29691 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
29692 the file, or up to a line of the form
29693
29694 @example
29695 % [calc-defaults]
29696 @end example
29697
29698 @noindent
29699 which you can insert at strategic places in the file if this backward
29700 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
29701 ``zone'' of mode settings and another.
29702
29703 If the file contains several annotations for the same mode, the
29704 closest one before the formula is used.  Annotations after the
29705 formula are never used (except for global annotations, described
29706 below).
29707
29708 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
29709 square brackets and the text they enclose.  You can edit the mode
29710 annotations to a style that works better in context if you wish.
29711 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
29712 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
29713 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
29714 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
29715 Calc write the annotation for it once and see what it does.
29716
29717 If you give a mode-changing command for a mode that already has
29718 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
29719 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
29720 one.
29721
29722 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
29723 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
29724 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
29725 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
29726 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
29727 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
29728 sure the value is of a legal type or range; if you write an
29729 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
29730 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
29731
29732 While Embedded Mode is enabled, the word @code{Local} appears in
29733 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
29734 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
29735 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
29736 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
29737 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
29738
29739 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
29740 that look like this, respectively:
29741
29742 @example
29743 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
29744 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
29745 @end example
29746
29747 The first kind of annotation will be used only while a formula
29748 is enabled in Embedded Mode.  The second kind will be used only
29749 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
29750 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
29751 yet, is not relevant here.)
29752
29753 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
29754 of the file:
29755
29756 @example
29757 % [calc-global-mode: fractions t]
29758 @end example
29759
29760 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
29761 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
29762 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
29763 the file, as long as those mode settings are suitable for all
29764 formulas in the file.
29765
29766 Enabling a formula with @kbd{M-# e} causes a fresh scan for local
29767 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
29768 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
29769 a formula with @kbd{M-# u} will also re-scan the local modes, but
29770 global modes are only re-scanned by @kbd{M-# a}.
29771
29772 Another way that modes can get out of date is if you add a local
29773 mode annotation to a formula that has another formula after it.
29774 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
29775 first of the two embedded formulas is active.  But the second
29776 formula has not changed its style to match, even though by the
29777 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
29778
29779 @example
29780 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
29781 1.23e2
29782
29783 456.
29784 @end example
29785
29786 We would have to go down to the other formula and press @kbd{M-# u}
29787 on it in order to get it to notice the new annotation.
29788
29789 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are @code{Save}
29790 (which works even outside of Embedded Mode), in which mode settings
29791 are recorded permanently in your Emacs startup file @file{~/.emacs}
29792 rather than by annotating the current document, and no-recording
29793 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
29794 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
29795 annotations at all.
29796
29797 When Embedded Mode is not enabled, mode-recording modes except
29798 for @code{Save} have no effect.
29799
29800 @node Customizing Embedded Mode, , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
29801 @section Customizing Embedded Mode
29802
29803 @noindent
29804 You can modify Embedded Mode's behavior by setting various Lisp
29805 variables described here.  Use @kbd{M-x set-variable} or
29806 @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly, or
29807 put a suitable @code{setq} statement in your @file{~/.emacs}
29808 file to set a variable permanently.  (Another possibility would
29809 be to use a file-local variable annotation at the end of the
29810 file; @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
29811 Emacs manual}.)
29812
29813 While none of these variables will be buffer-local by default, you
29814 can make any of them local to any embedded-mode buffer.  (Their
29815 values in the @samp{*Calculator*} buffer are never used.)
29816
29817 @vindex calc-embedded-open-formula
29818 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
29819 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
29820 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
29821 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
29822 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
29823 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
29824 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
29825 regular expression is not completely plain, let's go through it
29826 in detail.
29827
29828 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
29829 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
29830 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
29831 Lisp program.
29832
29833 The most obvious property of this regular expression is that it
29834 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
29835 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
29836 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
29837 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
29838 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
29839 So the actual regular expression seen by Calc is
29840 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
29841
29842 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
29843 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
29844 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
29845 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
29846 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
29847 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
29848
29849 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
29850 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
29851 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
29852 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
29853 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
29854 one or two dollar signs.
29855
29856 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
29857 like this example, with several more alternatives added on to
29858 recognize various other common kinds of delimiters.
29859
29860 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
29861 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
29862 is that the former expression actually ``consumes'' only one
29863 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
29864 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
29865 The former choice gives the most natural behavior when Calc
29866 must operate on a whole formula including its delimiters.
29867
29868 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
29869 But just for your convenience, here is a list of all characters
29870 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
29871 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
29872 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
29873 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
29874 account for each of these six backslashes!)
29875
29876 @vindex calc-embedded-close-formula
29877 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
29878 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
29879 regular expression to match the above example would be
29880 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
29881 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
29882 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
29883 of describing a blank line that is more appropriate for this
29884 case).
29885
29886 @vindex calc-embedded-open-word
29887 @vindex calc-embedded-close-word
29888 The @code{calc-embedded-open-word} and @code{calc-embedded-close-word}
29889 variables are similar expressions used when you type @kbd{M-# w}
29890 instead of @kbd{M-# e} to enable Embedded mode.
29891
29892 @vindex calc-embedded-open-plain
29893 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
29894 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
29895 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
29896 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
29897 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
29898 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space).
29899
29900 @vindex calc-embedded-close-plain
29901 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
29902 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}.  Without
29903 the trailing newline here, the first line of a ``big'' mode formula
29904 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
29905
29906 @vindex calc-embedded-open-new-formula
29907 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
29908 which is inserted at the front of a new formula when you type
29909 @kbd{M-# f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
29910 string begins with a newline character and the @kbd{M-# f} is
29911 typed at the beginning of a line, @kbd{M-# f} will skip this
29912 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
29913 the file.
29914
29915 @vindex calc-embedded-close-new-formula
29916 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
29917 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
29918 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
29919 @w{@kbd{M-# f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
29920 @kbd{M-# f} is typed on a blank line, both a leading opening
29921 newline and a trailing closing newline are omitted.)
29922
29923 @vindex calc-embedded-announce-formula
29924 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
29925 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
29926 The @kbd{M-# a} command searches for this pattern as well as for
29927 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{M-# a} will
29928 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
29929 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
29930 But if your language includes a delimiter which can only occur
29931 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
29932 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which
29933 checks for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning
29934 with @samp{%} and a space.  This last is important to make Calc
29935 consider mode annotations part of the pattern, so that the formula's
29936 opening delimiter really is sure to follow the pattern.
29937
29938 @vindex calc-embedded-open-mode
29939 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
29940 regular expression) which should precede a mode annotation.
29941 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
29942 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
29943 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
29944 The default is @code{"% "}.
29945
29946 @vindex calc-embedded-close-mode
29947 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
29948 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
29949 is simply a newline, @code{"\n"}.  If you change this, it is a
29950 good idea still to end with a newline so that mode annotations
29951 will appear on lines by themselves.
29952
29953 @node Programming, Installation, Embedded Mode, Top
29954 @chapter Programming
29955
29956 @noindent
29957 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
29958 on the nature of the problem you need to solve.
29959
29960 @enumerate
29961 @item
29962 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
29963 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
29964 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
29965 as loops and conditionals.
29966
29967 @item
29968 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
29969 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
29970 as an interactive command.
29971
29972 @item
29973 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
29974 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
29975 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
29976 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
29977 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
29978
29979 @item
29980 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
29981 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
29982 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
29983 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
29984 rewrite rules.
29985 @end enumerate
29986
29987 @kindex z
29988 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
29989 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
29990 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
29991 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
29992 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
29993 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
29994 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
29995
29996 @menu
29997 * Creating User Keys::
29998 * Keyboard Macros::
29999 * Invocation Macros::
30000 * Algebraic Definitions::
30001 * Lisp Definitions::
30002 @end menu
30003
30004 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
30005 @section Creating User Keys
30006
30007 @noindent
30008 @kindex Z D
30009 @pindex calc-user-define
30010 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
30011 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
30012 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
30013
30014 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
30015 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
30016 prompted for the name of the Calculator command that this key should
30017 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
30018 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
30019 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
30020 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
30021 @kbd{z s} to be something else.
30022
30023 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
30024 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
30025
30026 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
30027 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
30028 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
30029
30030 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
30031 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
30032 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
30033 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
30034 of a letter if you wish.
30035
30036 @kindex Z U
30037 @pindex calc-user-undefine
30038 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
30039 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
30040 key we defined above.
30041
30042 @kindex Z P
30043 @pindex calc-user-define-permanent
30044 @cindex Storing user definitions
30045 @cindex Permanent user definitions
30046 @cindex @file{.emacs} file, user-defined commands
30047 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
30048 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
30049 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
30050 your @file{.emacs} file.)  For example, @kbd{Z P s} would register
30051 our @code{sincos} command permanently.  If you later wish to unregister
30052 this command you must edit your @file{.emacs} file by hand.
30053 (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to use a
30054 different file instead of @file{.emacs}.)
30055
30056 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
30057 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
30058 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
30059 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
30060 command will save all of these definitions.
30061
30062 To save a command or function without its key binding (or if there is
30063 no key binding for the command or function), type @kbd{'} (the apostrophe)
30064 when prompted for a key.  Then, type the function name, or backspace
30065 to change the @samp{calcFunc-} prefix to @samp{calc-} and enter a
30066 command name.  (If the command you give implies a function, the function
30067 will be saved, and if the function has any display formats, those will
30068 be saved, but not the other way around:  Saving a function will not save
30069 any commands or key bindings associated with the function.)
30070
30071 @kindex Z E
30072 @pindex calc-user-define-edit
30073 @cindex Editing user definitions
30074 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
30075 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
30076 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
30077 following sections.
30078
30079 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
30080 @section Programming with Keyboard Macros
30081
30082 @noindent
30083 @kindex X
30084 @cindex Programming with keyboard macros
30085 @cindex Keyboard macros
30086 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
30087 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
30088 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
30089 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
30090 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
30091 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
30092 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
30093 information.@refill
30094
30095 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
30096 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
30097 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
30098 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
30099 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
30100 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
30101 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
30102 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
30103 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
30104 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
30105 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
30106 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
30107 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
30108
30109 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
30110 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
30111 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
30112 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
30113
30114 @menu
30115 * Naming Keyboard Macros::
30116 * Conditionals in Macros::
30117 * Loops in Macros::
30118 * Local Values in Macros::
30119 * Queries in Macros::
30120 @end menu
30121
30122 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
30123 @subsection Naming Keyboard Macros
30124
30125 @noindent
30126 @kindex Z K
30127 @pindex calc-user-define-kbd-macro
30128 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
30129 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
30130 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
30131 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
30132 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
30133 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
30134 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
30135 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
30136 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
30137 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
30138 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
30139 descriptive command name if you wish.@refill
30140
30141 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
30142 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
30143 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
30144 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
30145
30146 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
30147 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
30148
30149 @cindex Keyboard macros, editing
30150 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
30151 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edit-kbd-macro}
30152 command to edit the macro.  This command may be found in the
30153 @file{macedit} package, a copy of which comes with Calc.  It decomposes
30154 the macro definition into full Emacs command names, like @code{calc-pop}
30155 and @code{calc-add}.  Type @kbd{M-# M-#} to finish editing and update
30156 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, type
30157 @kbd{M-# x}.@refill
30158
30159 If you give a negative numeric prefix argument to @kbd{Z E}, the keyboard
30160 macro is edited in spelled-out keystroke form.  For example, the editing
30161 buffer might contain the nine characters @w{@samp{1 RET 2 +}}.  When you press
30162 @kbd{M-# M-#}, the @code{read-kbd-macro} feature of the @file{macedit}
30163 package is used to reinterpret these key names.  The
30164 notations @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL}, and
30165 @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-}
30166 and @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
30167 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
30168 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
30169 takes some liberties with spaces:  When we say @kbd{' [1 2 3] RET}, we take
30170 it for granted that it is clear we really mean @kbd{' [1 SPC 2 SPC 3] RET},
30171 which is what @code{read-kbd-macro} wants to see.@refill
30172
30173 If @file{macedit} is not available, @kbd{Z E} edits the keyboard macro
30174 in ``raw'' form; the editing buffer simply contains characters like
30175 @samp{1^M2+} (here @samp{^M} represents the carriage-return character).
30176 Editing in this mode, you will have to use @kbd{C-q} to enter new
30177 control characters into the buffer.@refill
30178
30179 @kindex M-# m
30180 @pindex read-kbd-macro
30181 The @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
30182 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
30183 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
30184 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
30185 The @kbd{M-# m} command works only if @file{macedit} is present.
30186
30187 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
30188 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
30189
30190 @noindent
30191 @kindex Z [
30192 @kindex Z ]
30193 @pindex calc-kbd-if
30194 @pindex calc-kbd-else
30195 @pindex calc-kbd-else-if
30196 @pindex calc-kbd-end-if
30197 @cindex Conditional structures
30198 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
30199 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
30200 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
30201 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
30202 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
30203 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
30204 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
30205
30206 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
30207 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
30208 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
30209 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
30210 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
30211 command is skipped.
30212
30213 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
30214 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
30215 executed while you are making the definition as well as when you later
30216 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
30217 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
30218 don't get a stack-underflow error during the definition process.
30219
30220 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
30221 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
30222
30223 @kindex Z :
30224 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
30225 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
30226 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
30227 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
30228 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
30229 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
30230 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
30231
30232 @kindex Z |
30233 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
30234 between any number of alternatives.  For example,
30235 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
30236 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
30237 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
30238 it will execute @var{part3}.
30239
30240 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
30241 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
30242 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
30243 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
30244 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
30245 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
30246 does not.
30247
30248 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
30249 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
30250 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
30251 constructs you must be careful that these character pairs do not
30252 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
30253 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
30254 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
30255 not work to define your own custom key bindings for these commands.
30256 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
30257
30258 @kindex Z C-g
30259 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
30260 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
30261 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
30262
30263 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
30264 @subsection Loops in Keyboard Macros
30265
30266 @noindent
30267 @kindex Z <
30268 @kindex Z >
30269 @pindex calc-kbd-repeat
30270 @pindex calc-kbd-end-repeat
30271 @cindex Looping structures
30272 @cindex Iterative structures
30273 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
30274 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
30275 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
30276 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
30277 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
30278 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
30279 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
30280 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
30281 repeat a multiply-by-two step however many times.@refill
30282
30283 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
30284 In this case it is especially important to set up reasonable initial
30285 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
30286 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
30287 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
30288 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
30289 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
30290 in a buffer, then use @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
30291 macro.
30292
30293 @kindex Z /
30294 @pindex calc-break
30295 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
30296 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
30297 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
30298 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
30299 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
30300 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
30301 in the C language.@refill
30302
30303 @kindex Z (
30304 @kindex Z )
30305 @pindex calc-kbd-for
30306 @pindex calc-kbd-end-for
30307 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
30308 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
30309 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
30310 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
30311 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
30312 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
30313 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
30314 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
30315 counter each time until the loop finishes.@refill
30316
30317 @cindex Summations (by keyboard macros)
30318 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
30319 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
30320 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
30321 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
30322 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
30323 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
30324
30325 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
30326 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
30327 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
30328 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
30329 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
30330 argument of @i{-1} forces downward-counting conventions.
30331
30332 @kindex Z @{
30333 @kindex Z @}
30334 @pindex calc-kbd-loop
30335 @pindex calc-kbd-end-loop
30336 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
30337 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
30338 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
30339 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
30340 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
30341 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
30342 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
30343 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
30344 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
30345 this feature.)
30346
30347 The conditional and looping constructs are not actually tied to
30348 keyboard macros, but they are most often used in that context.
30349 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
30350 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
30351 as easily as in a macro definition.
30352
30353 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
30354 conditional and looping commands.
30355
30356 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
30357 @subsection Local Values in Macros
30358
30359 @noindent
30360 @cindex Local variables
30361 @cindex Restoring saved modes
30362 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
30363 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
30364 macro may wish to turn on Fraction Mode, or set a particular
30365 precision, independent of the user's normal setting for those
30366 modes.
30367
30368 @kindex Z `
30369 @kindex Z '
30370 @pindex calc-kbd-push
30371 @pindex calc-kbd-pop
30372 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
30373 local variables inside the macro should not affect any variables
30374 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
30375 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
30376
30377 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
30378 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
30379 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
30380 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
30381 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
30382
30383 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
30384 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
30385 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
30386 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
30387 in exceptional conditions.
30388
30389 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
30390 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
30391 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
30392 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
30393 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
30394 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
30395 macros were involved.
30396
30397 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
30398 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
30399 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
30400 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
30401 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
30402 thereof) are also saved.
30403
30404 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
30405 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
30406 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
30407 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
30408 for all mode-setting commands inside the macro.
30409
30410 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
30411 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
30412 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
30413 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets algebraic mode
30414 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
30415 outside the construct.
30416
30417 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
30418 other settings such as the language mode and the various display modes,
30419 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
30420
30421 @node Queries in Macros, , Local Values in Macros, Keyboard Macros
30422 @subsection Queries in Keyboard Macros
30423
30424 @noindent
30425 @kindex Z =
30426 @pindex calc-kbd-report
30427 The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
30428 message including the value on the top of the stack.  You are prompted
30429 to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
30430 is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
30431 to turn such messages off.
30432
30433 @kindex Z #
30434 @pindex calc-kbd-query
30435 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command displays a prompt message
30436 (which you enter during macro definition), then does an algebraic entry
30437 which takes its input from the keyboard, even during macro execution.
30438 This command allows your keyboard macros to accept numbers or formulas
30439 as interactive input.  All the normal conventions of algebraic input,
30440 including the use of @kbd{$} characters, are supported.
30441
30442 @xref{Kbd Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
30443 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
30444 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
30445 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
30446 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
30447 return control to the keyboard macro.
30448
30449 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
30450 @section Invocation Macros
30451
30452 @kindex M-# z
30453 @kindex Z I
30454 @pindex calc-user-invocation
30455 @pindex calc-user-define-invocation
30456 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{M-# z}
30457 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
30458 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
30459 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
30460 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
30461 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
30462 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
30463 @kbd{M-# z} at any time to execute your invocation macro.
30464
30465 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
30466 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
30467 by typing @kbd{M-# r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
30468 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( M-# r
30469 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
30470 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{M-# z}.
30471
30472 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
30473 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
30474 do not apply.  @kbd{M-# z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
30475 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
30476 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
30477
30478 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
30479 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
30480 @xref{General Mode Commands}.
30481
30482 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
30483 @section Programming with Formulas
30484
30485 @noindent
30486 @kindex Z F
30487 @pindex calc-user-define-formula
30488 @cindex Programming with algebraic formulas
30489 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
30490 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
30491 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
30492 command prompts for five things: The key, the command name, the function
30493 name, the argument list, and the behavior of the command when given
30494 non-numeric arguments.
30495
30496 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
30497 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
30498 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
30499 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
30500 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
30501 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
30502 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
30503
30504 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
30505 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
30506 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
30507 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
30508
30509 The third prompt is for a function name.  The default is to use the same
30510 name as the command name but with @samp{calcFunc-} in place of
30511 @samp{calc-}.  This is the name you will use if you want to enter your
30512 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
30513 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
30514 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
30515 formula @samp{yow(x,y)}.@refill
30516
30517 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
30518 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
30519 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
30520 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
30521 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
30522 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
30523 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
30524 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
30525 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
30526 @cite{a + 2 b} with @cite{a=10} and @cite{b=100}.  Likewise, the formula
30527 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @cite{a=10} and
30528 @cite{b=100} in the definition.
30529
30530 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
30531 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
30532 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
30533 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
30534 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
30535 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
30536 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
30537
30538 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
30539 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
30540 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
30541 using the argument list @samp{(a b)}.
30542
30543 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
30544 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
30545 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
30546 arguments @cite{10} and @cite{x} will leave the function in symbolic
30547 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
30548 then the formula will always be expanded, even for non-constant
30549 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
30550 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
30551 question.@refill
30552
30553 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
30554 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
30555 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
30556 derivative or integral or solve an equation involving the function.
30557
30558 @kindex Z G
30559 @pindex calc-get-user-defn
30560 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
30561 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
30562 key, and this command pushes the formula that was used to define that
30563 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
30564 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
30565 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
30566 by a @kbd{Z F} command.@refill
30567
30568 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
30569 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
30570 to edit the defining formula.  Press @kbd{M-# M-#} to finish editing and
30571 store the new formula back in the definition, or @kbd{M-# x} to
30572 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
30573 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
30574 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
30575 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
30576
30577 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
30578 In this case it will permanently record all three of the relevant
30579 definitions: the key, the command, and the function.
30580
30581 You may find it useful to turn off the default simplifications with
30582 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
30583 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
30584 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
30585 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
30586 @cite{a} to be constant with respect to @cite{v}.  Turning off
30587 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
30588 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
30589 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
30590
30591 @node Lisp Definitions, , Algebraic Definitions, Programming
30592 @section Programming with Lisp
30593
30594 @noindent
30595 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
30596 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
30597 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
30598 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
30599 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
30600 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
30601 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
30602 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
30603 will not edit a Lisp-based definition.
30604
30605 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
30606 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
30607 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
30608 to program the Calculator.
30609
30610 This section first discusses ways to write commands, functions, or
30611 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
30612 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
30613 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
30614 for the true Lisp enthusiast.
30615
30616 @menu
30617 * Defining Functions::
30618 * Defining Simple Commands::
30619 * Defining Stack Commands::
30620 * Argument Qualifiers::
30621 * Example Definitions::
30622
30623 * Calling Calc from Your Programs::
30624 * Internals::
30625 @end menu
30626
30627 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
30628 @subsection Defining New Functions
30629
30630 @noindent
30631 @findex defmath
30632 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
30633 except that code in the body of the definition can make use of the full
30634 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
30635 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
30636 example,
30637
30638 @example
30639 (defmath myfact (n)
30640   (if (> n 0)
30641       (* n (myfact (1- n)))
30642     1))
30643 @end example
30644
30645 @noindent
30646 This actually expands to the code,
30647
30648 @example
30649 (defun calcFunc-myfact (n)
30650   (if (math-posp n)
30651       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
30652     1))
30653 @end example
30654
30655 @noindent
30656 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
30657
30658 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
30659 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
30660 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
30661 factorial function would be written along the following lines:
30662
30663 @smallexample
30664 (defmath myfact (n)
30665   (if (> n 0)
30666       (* n (myfact (1- n)))
30667     (if (= n 0)
30668         1
30669       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
30670 @end smallexample
30671
30672 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
30673 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
30674 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
30675 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
30676 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
30677 efficiently as possible.
30678
30679 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
30680 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
30681 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
30682 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
30683 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
30684 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.@refill
30685
30686 For other functions @var{func}, if a function by the name
30687 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
30688 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
30689 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
30690 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
30691 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
30692 always used exactly as written (but not quoted).@refill
30693
30694 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
30695 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
30696 @code{for}, or @code{foreach} form,
30697 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
30698 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.@refill
30699
30700 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
30701
30702 @itemize @bullet
30703 @item
30704 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
30705 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
30706 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
30707 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
30708 yields one element of a Calc matrix.
30709
30710 @item
30711 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
30712 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
30713 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
30714 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
30715 in which case the effect is to store into the specified
30716 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @cite{x}
30717 into one element of a matrix.
30718
30719 @item
30720 A @code{for} looping construct is available.  For example,
30721 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
30722 binding of @cite{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
30723 form in that @cite{i} is temporarily bound to the loop count
30724 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
30725 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
30726 are also available.  For each value of @cite{i} from zero to 10,
30727 @cite{j} counts from 0 to @cite{i-1} in steps of two.  Note that
30728 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
30729 that each element of the header is a list of three or four
30730 things, not just two.
30731
30732 @item
30733 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
30734 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
30735 @code{body} with @cite{x} bound to each element of Calc vector
30736 @cite{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
30737 the initial @code{vec} symbol in the vector.
30738
30739 @item
30740 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
30741 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
30742 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
30743 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
30744
30745 @item
30746 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
30747 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @cite{x+y}
30748 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
30749 inside the body of the function.
30750 @end itemize
30751
30752 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
30753 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
30754 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
30755 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
30756 formula can go between the quotes.  For example,
30757
30758 @smallexample
30759 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
30760   (and (numberp x)
30761        (exp :"x * 0.5")))
30762 @end smallexample
30763
30764 expands to
30765
30766 @smallexample
30767 (defun calcFunc-sqexp (x)
30768   (and (math-numberp x)
30769        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
30770 @end smallexample
30771
30772 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
30773 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
30774 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
30775 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
30776 step of @code{myfact} could have been written
30777
30778 @example
30779 :"n * myfact(n-1)"
30780 @end example
30781
30782 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
30783 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
30784 seem like a good idea to put your favorite @code{defmath} commands here,
30785 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
30786 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
30787 actually use the Calculator!  A better effect can be had by writing
30788
30789 @example
30790 (put 'calc-define 'thing '(progn
30791  (defmath ... )
30792  (defmath ... )
30793 ))
30794 @end example
30795
30796 @noindent
30797 @vindex calc-define
30798 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
30799 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
30800 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
30801 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
30802 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
30803 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
30804 properties are removed as they are evaluated.  The property names
30805 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
30806 name of your project so as not to conflict with other properties.
30807
30808 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
30809 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
30810 that same code in another file which you load by hand either before or
30811 after Calc itself is loaded.
30812
30813 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
30814 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
30815 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
30816 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
30817
30818 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
30819 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
30820 call your function, even if the file defining the property is loaded
30821 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
30822 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
30823 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
30824 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
30825 protect against this situation, you can put
30826
30827 @example
30828 (run-hooks 'calc-check-defines)
30829 @end example
30830
30831 @findex calc-check-defines
30832 @noindent
30833 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
30834 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
30835 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
30836 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
30837
30838 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
30839 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
30840 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
30841 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
30842
30843 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
30844 @subsection Defining New Simple Commands
30845
30846 @noindent
30847 @findex interactive
30848 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
30849 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
30850 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
30851 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
30852 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
30853 the command work in the Calc environment.
30854
30855 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
30856 for normal Emacs Lisp commands:
30857
30858 @smallexample
30859 (defmath increase-precision (delta)
30860   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
30861   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
30862   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
30863 @end smallexample
30864
30865 This expands to the pair of definitions,
30866
30867 @smallexample
30868 (defun calc-increase-precision (delta)
30869   "Increase precision by DELTA."
30870   (interactive "p")
30871   (calc-wrapper
30872    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
30873
30874 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
30875   "Increase precision by DELTA."
30876   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
30877 @end smallexample
30878
30879 @noindent
30880 where in this case the latter function would never really be used!  Note
30881 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
30882 the @code{math-add} function will work just as well as the native
30883 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
30884
30885 @findex calc-wrapper
30886 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
30887 the function with code that looks roughly like this:
30888
30889 @smallexample
30890 (let ((calc-command-flags nil))
30891   (unwind-protect
30892       (save-excursion
30893         (calc-select-buffer)
30894         @emph{body of function}
30895         @emph{renumber stack}
30896         @emph{clear} Working @emph{message})
30897     @emph{realign cursor and window}
30898     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
30899     @emph{update Emacs mode line}))
30900 @end smallexample
30901
30902 @findex calc-select-buffer
30903 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
30904 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
30905 the @samp{*Calc Trail*} window.
30906
30907 @findex calc-set-command-flag
30908 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to set
30909 the above-mentioned command flags.  The following command flags are
30910 recognized by Calc routines:
30911
30912 @table @code
30913 @item renum-stack
30914 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
30915 after this command completes.  This is set by routines like
30916 @code{calc-push}.
30917
30918 @item clear-message
30919 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
30920 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
30921
30922 @item no-align
30923 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
30924
30925 @item position-point
30926 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
30927 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
30928 this command finishes.
30929
30930 @item keep-flags
30931 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
30932 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
30933
30934 @item do-edit
30935 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
30936
30937 @item hold-trail
30938 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
30939 there.
30940 @end table
30941
30942 @kindex Y
30943 @kindex Y ?
30944 @vindex calc-Y-help-msgs
30945 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
30946 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
30947 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
30948 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
30949 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
30950 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
30951 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
30952 future versions of Calc.
30953
30954 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
30955 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
30956 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
30957 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
30958 stands for your package, then a third key for the particular command
30959 within your package.
30960
30961 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
30962 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
30963 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
30964 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
30965 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
30966 if necessary without having to modify the file.
30967
30968 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
30969 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
30970 decreases the precision.
30971
30972 @smallexample
30973 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
30974 ;;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
30975
30976 (defvar inc-prec-base-key "P"
30977   "Base key for inc-prec.el commands.")
30978
30979 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
30980
30981 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
30982             'increase-precision)
30983 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
30984             'decrease-precision)
30985
30986 (setq calc-Y-help-msgs
30987       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
30988             calc-Y-help-msgs))
30989
30990 (defmath increase-precision (delta)
30991   "Increase precision by DELTA."
30992   (interactive "p")
30993   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
30994
30995 (defmath decrease-precision (delta)
30996   "Decrease precision by DELTA."
30997   (interactive "p")
30998   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
30999
31000 ))  ; end of calc-define property
31001
31002 (run-hooks 'calc-check-defines)
31003 @end smallexample
31004
31005 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
31006 @subsection Defining New Stack-Based Commands
31007
31008 @noindent
31009 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
31010 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
31011
31012 @example
31013 (interactive @var{num} @var{tag})
31014 @end example
31015
31016 @noindent
31017 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
31018 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
31019 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
31020 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
31021 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
31022 parameters is legal.
31023
31024 Your function must return either a number or a formula in a form
31025 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
31026 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
31027 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
31028 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
31029 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
31030
31031 As an example, the definition
31032
31033 @smallexample
31034 (defmath myfact (n)
31035   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31036   (interactive 1 "fact")
31037   (if (> n 0)
31038       (* n (myfact (1- n)))
31039     (and (= n 0) 1)))
31040 @end smallexample
31041
31042 @noindent
31043 is a version of the factorial function shown previously which can be used
31044 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
31045
31046 @smallexample
31047 (defun calc-myfact ()
31048   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31049   (interactive)
31050   (calc-slow-wrapper
31051    (calc-enter-result 1 "fact"
31052      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
31053
31054 (defun calcFunc-myfact (n)
31055   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31056   (if (math-posp n)
31057       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31058     (and (math-zerop n) 1)))
31059 @end smallexample
31060
31061 @findex calc-slow-wrapper
31062 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
31063 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
31064 computation begins.  (This message can be turned off by the user
31065 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
31066
31067 @findex calc-top-list-n
31068 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
31069 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
31070 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
31071 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
31072
31073 @findex calc-enter-result
31074 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
31075 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
31076 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
31077 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
31078 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
31079 being pushed are also recorded in the trail.
31080
31081 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
31082 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
31083 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
31084 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
31085 containing the single symbol @code{nil}.
31086
31087 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
31088 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
31089 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
31090
31091 @example
31092 (defmath foo (a b &optional c)
31093   (interactive "p" 2 "foo")
31094   @var{body})
31095 @end example
31096
31097 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
31098 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
31099 executed with a numeric prefix argument of @cite{n}.
31100
31101 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
31102 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
31103 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
31104 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
31105 arguments to be used when no prefix is supplied.
31106
31107 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
31108 @subsection Argument Qualifiers
31109
31110 @noindent
31111 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
31112 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
31113
31114 @example
31115 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
31116                &optional @var{param} @var{param...}
31117                &rest @var{param})
31118   @var{body})
31119 @end example
31120
31121 @noindent
31122 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
31123
31124 @example
31125 (@var{qual} @var{param})
31126 @end example
31127
31128 The following qualifiers are recognized:
31129
31130 @table @samp
31131 @item complete
31132 @findex complete
31133 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
31134 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
31135 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
31136 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)@refill
31137
31138 @item integer
31139 @findex integer
31140 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
31141 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
31142 formulas are rejected.
31143
31144 @item natnum
31145 @findex natnum
31146 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
31147
31148 @item fixnum
31149 @findex fixnum
31150 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
31151 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
31152 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
31153
31154 @item float
31155 @findex float
31156 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
31157 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
31158 actually rejected by this qualifier.)
31159
31160 @item @var{pred}
31161 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
31162 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
31163
31164 @item not-@var{pred}
31165 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
31166 @end table
31167
31168 For example,
31169
31170 @example
31171 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
31172               &rest (integer d))
31173   @var{body})
31174 @end example
31175
31176 @noindent
31177 expands to
31178
31179 @example
31180 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
31181   (and (math-matrixp b)
31182        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
31183   (or (math-constp b)
31184       (math-reject-arg b 'constp))
31185   (and c (setq c (math-check-float c)))
31186   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
31187   @var{body})
31188 @end example
31189
31190 @noindent
31191 which performs the necessary checks and conversions before executing the
31192 body of the function.
31193
31194 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
31195 @subsection Example Definitions
31196
31197 @noindent
31198 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
31199 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
31200 @pxref{Internals}.
31201
31202 @menu
31203 * Bit Counting Example::
31204 * Sine Example::
31205 @end menu
31206
31207 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
31208 @subsubsection Bit-Counting
31209
31210 @noindent
31211 @c @starindex
31212 @tindex bcount
31213 Calc does not include a built-in function for counting the number of
31214 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
31215 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
31216 that set; let's write a function that counts the bits without having to
31217 create an intermediate set.
31218
31219 @smallexample
31220 (defmath bcount ((natnum n))
31221   (interactive 1 "bcnt")
31222   (let ((count 0))
31223     (while (> n 0)
31224       (if (oddp n)
31225           (setq count (1+ count)))
31226       (setq n (lsh n -1)))
31227     count))
31228 @end smallexample
31229
31230 @noindent
31231 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
31232 Emacs Lisp function:
31233
31234 @smallexample
31235 (defun calcFunc-bcount (n)
31236   (setq n (math-check-natnum n))
31237   (let ((count 0))
31238     (while (math-posp n)
31239       (if (math-oddp n)
31240           (setq count (math-add count 1)))
31241       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
31242     count))
31243 @end smallexample
31244
31245 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
31246 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
31247 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
31248 involve actual division.
31249
31250 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
31251 @i{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
31252 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
31253 routines are especially fast when dividing by an integer less than
31254 1000, so we can set @i{n = 9} bits and use repeated division by 512:
31255
31256 @smallexample
31257 (defmath bcount ((natnum n))
31258   (interactive 1 "bcnt")
31259   (let ((count 0))
31260     (while (not (fixnump n))
31261       (let ((qr (idivmod n 512)))
31262         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
31263               n (car qr))))
31264     (+ count (bcount-fixnum n))))
31265
31266 (defun bcount-fixnum (n)
31267   (let ((count 0))
31268     (while (> n 0)
31269       (setq count (+ count (logand n 1))
31270             n (lsh n -1)))
31271     count))
31272 @end smallexample
31273
31274 @noindent
31275 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
31276 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
31277 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
31278 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
31279 uses.
31280
31281 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
31282 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
31283 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
31284 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
31285 actually they are less efficient because each operation is really
31286 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
31287 same thing with a single division by 512.
31288
31289 @node Sine Example, , Bit Counting Example, Example Definitions
31290 @subsubsection The Sine Function
31291
31292 @noindent
31293 @c @starindex
31294 @tindex mysin
31295 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
31296 well-known Taylor series expansion for @c{$\sin x$}
31297 @samp{sin(x)}:
31298
31299 @smallexample
31300 (defmath mysin ((float (anglep x)))
31301   (interactive 1 "mysn")
31302   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
31303   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
31304         newsum
31305         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
31306         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
31307     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
31308       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
31309       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
31310             x (* x xnegsqr)
31311             newsum (+ sum (/ x nfact)))
31312       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
31313           (break))           ;  then we are done.
31314       (setq sum newsum))
31315     sum))
31316 @end smallexample
31317
31318 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
31319 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @c{$\pi \over 4$}
31320 @cite{pi/4}.  This
31321 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
31322 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
31323 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
31324 by a separate algorithm.
31325
31326 @smallexample
31327 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
31328   (interactive 1 "mysn")
31329   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
31330   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
31331     (cond ((complexp x)
31332            (mysin-complex x))
31333           ((< x 0)
31334            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
31335           (t (mysin-raw x))))))
31336
31337 (defmath mysin-raw (x)
31338   (cond ((>= x 7)
31339          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
31340         ((> x (pi-over-2))
31341          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
31342         ((> x (pi-over-4))
31343          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
31344         ((< x (- (pi-over-4)))
31345          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
31346         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
31347 @end smallexample
31348
31349 @noindent
31350 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
31351 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
31352 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
31353 @code{mysin-raw} for cosines.
31354
31355 The strategy is to ensure that @cite{x} is nonnegative before calling
31356 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
31357 to a suitable range, namely, plus-or-minus @c{$\pi \over 4$}
31358 @cite{pi/4}.  Note that each
31359 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
31360 that small roundoff errors cannot produce an infinite loop.  (Suppose
31361 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
31362 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
31363 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
31364 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
31365 that this rule misses.
31366
31367 If a program is being written for general use, it is important to code
31368 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
31369 when you know that your own use of the sine function will never encounter
31370 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
31371
31372 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
31373 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
31374
31375 @noindent
31376 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
31377 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
31378 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
31379 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
31380 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
31381 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
31382 much simpler to use!
31383
31384 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
31385 options, but they all stem from one simple operation.
31386
31387 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
31388 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
31389 the result formatted as a string: @code{"3"}.
31390
31391 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
31392 functions, you don't need to make any special preparations to load
31393 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
31394 loaded and initialized for you.
31395
31396 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
31397 evaluating the expression and formatting the result.
31398
31399 @ifnottex
31400 @example
31401
31402 @end example
31403 @end ifnottex
31404 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
31405
31406 @noindent
31407 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
31408 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
31409 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
31410 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
31411
31412 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
31413 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
31414 one by one below.
31415
31416 You can give additional arguments to be substituted for
31417 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
31418 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
31419 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
31420 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
31421 used as a placeholder for the item-separator argument.
31422
31423 @ifnottex
31424 @example
31425
31426 @end example
31427 @end ifnottex
31428 @subsubsection Error Handling
31429
31430 @noindent
31431 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
31432 the character position of the error, plus a suitable message as a
31433 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
31434 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
31435 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
31436 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
31437
31438 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
31439 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
31440 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
31441 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
31442
31443 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
31444 are returned as strings instead of lists.  The character position is
31445 ignored.
31446
31447 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
31448 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
31449 it permanently with @code{setq}.
31450
31451 @ifnottex
31452 @example
31453
31454 @end example
31455 @end ifnottex
31456 @subsubsection Numbers Only
31457
31458 @noindent
31459 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
31460 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
31461 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
31462 that are not constants are treated as errors.  The error message
31463 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
31464 or otherwise ``Number expected.''
31465
31466 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
31467 object that does not include variables or function calls.  If it
31468 is a vector, the components must themselves be constants.
31469
31470 @ifnottex
31471 @example
31472
31473 @end example
31474 @end ifnottex
31475 @subsubsection Default Modes
31476
31477 @noindent
31478 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
31479 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
31480 various Calc modes to their default values while the formula is
31481 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
31482 digits, digit grouping is turned off, and the normal language
31483 mode is used.
31484
31485 This same principle applies to the other options discussed below.
31486 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
31487 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
31488
31489 If there are other elements in the list, they are taken as
31490 variable-name/value pairs which override the default mode
31491 settings.  Look at the documentation at the front of the
31492 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
31493 the various modes.  The mode settings are restored to their
31494 original values when @code{calc-eval} is done.
31495
31496 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
31497 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
31498 using default mode settings except that the precision is 8 instead
31499 of the default of 12.
31500
31501 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
31502 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
31503 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
31504 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
31505 when the user has left Calc in symbolic mode or no-simplify mode.
31506
31507 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
31508 checks if the number in string @cite{a} is less than the one in
31509 string @cite{b}.  Without using a list, the integer 1 might
31510 come out in a variety of formats which would be hard to test for
31511 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
31512 see ``Predicates'' mode, below.)
31513
31514 @ifnottex
31515 @example
31516
31517 @end example
31518 @end ifnottex
31519 @subsubsection Raw Numbers
31520
31521 @noindent
31522 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
31523 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
31524 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
31525 numbers must be converted to and from string format as they are passed
31526 from one @code{calc-eval} to the next.
31527
31528 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
31529 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
31530 how these objects look in the following sections, but usually you can
31531 treat them as ``black box'' objects with no important internal
31532 structure.
31533
31534 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
31535 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signalling
31536 an error if that object is not a constant).
31537
31538 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
31539 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
31540 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
31541 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
31542 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
31543 function in Calc, if you can remember its name.
31544
31545 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
31546 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
31547 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
31548 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
31549
31550 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
31551 to format it as a string.
31552
31553 It is an error if the input expression evaluates to a list of
31554 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
31555 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
31556
31557 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
31558 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
31559 various kinds of error returns discussed above.
31560
31561 @ifnottex
31562 @example
31563
31564 @end example
31565 @end ifnottex
31566 @subsubsection Predicates
31567
31568 @noindent
31569 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
31570 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
31571 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
31572 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
31573
31574 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
31575 one value is less than another.
31576
31577 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
31578 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
31579 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
31580 wish to have an error register as ``false'', use something like
31581 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
31582
31583 @ifnottex
31584 @example
31585
31586 @end example
31587 @end ifnottex
31588 @subsubsection Variable Values
31589
31590 @noindent
31591 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
31592 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
31593 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
31594 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
31595 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
31596 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
31597 will return @code{"7.14159265359"}.
31598
31599 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
31600 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
31601 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
31602 understand either string or raw form values stored in variables,
31603 although raw data objects are much more efficient.  For example,
31604 to increment the Calc variable @code{a}:
31605
31606 @example
31607 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
31608 @end example
31609
31610 @ifnottex
31611 @example
31612
31613 @end example
31614 @end ifnottex
31615 @subsubsection Stack Access
31616
31617 @noindent
31618 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
31619 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
31620 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
31621 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
31622 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
31623 usual way).
31624
31625 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
31626 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
31627 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
31628 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
31629 is the number of elements remaining in the stack after popping;
31630 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
31631 the stack.
31632
31633 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
31634 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
31635 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
31636 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
31637 integer is out of range, @code{nil} is returned.
31638
31639 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
31640 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
31641 as a string.
31642
31643 In all of these cases the first argument can be made a list in
31644 order to force the default mode settings, as described above.
31645 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
31646 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
31647 instead of current display modes, except that the radix is
31648 hexadecimal instead of decimal.
31649
31650 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
31651 found it when you are done, unless the user of your program is
31652 actually expecting it to affect the stack.
31653
31654 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
31655 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
31656 the stack buffer if necessary.
31657
31658 @ifnottex
31659 @example
31660
31661 @end example
31662 @end ifnottex
31663 @subsubsection Keyboard Macros
31664
31665 @noindent
31666 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
31667 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
31668 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
31669 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
31670 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
31671 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
31672 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
31673
31674 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
31675 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
31676 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
31677 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
31678 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
31679
31680 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
31681 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
31682 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
31683
31684 The return value in this case is always @code{nil}.
31685
31686 @ifnottex
31687 @example
31688
31689 @end example
31690 @end ifnottex
31691 @subsubsection Lisp Evaluation
31692
31693 @noindent
31694 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
31695 @code{eval} function is called on the first argument, which must
31696 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
31697 quote the expression so that it is not evaluated until inside
31698 @code{calc-eval}.
31699
31700 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
31701 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
31702 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
31703 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
31704
31705 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
31706 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
31707 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
31708 Note that this function will leave a message in the echo area as
31709 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
31710 automatically if not invoked from there, so the above call is
31711 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
31712 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
31713 your original buffer when it is done.
31714
31715 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
31716 expression to use default instead of current mode settings.
31717
31718 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
31719 returned by the evaluated Lisp expression.
31720
31721 @ifnottex
31722 @example
31723
31724 @end example
31725 @end ifnottex
31726 @subsubsection Example
31727
31728 @noindent
31729 @findex convert-temp
31730 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
31731 you have a document with lots of references to temperatures on the
31732 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
31733 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
31734 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
31735 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
31736 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
31737
31738 @example
31739 (defun convert-temp ()
31740   (interactive)
31741   (save-excursion
31742     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
31743     (let* ((top1 (match-beginning 1))
31744            (bot1 (match-end 1))
31745            (number (buffer-substring top1 bot1))
31746            (top2 (match-beginning 2))
31747            (bot2 (match-end 2))
31748            (type (buffer-substring top2 bot2)))
31749       (if (equal type "F")
31750           (setq type "C"
31751                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
31752         (setq type "F"
31753               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
31754       (goto-char top2)
31755       (delete-region top2 bot2)
31756       (insert-before-markers type)
31757       (goto-char top1)
31758       (delete-region top1 bot1)
31759       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
31760           (setq number (substring number 0 -1)))
31761       (insert number))))
31762 @end example
31763
31764 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
31765 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
31766 instead of after it.
31767
31768 @node Internals, , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
31769 @subsection Calculator Internals
31770
31771 @noindent
31772 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
31773 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
31774 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
31775 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
31776 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
31777 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
31778 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
31779 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
31780
31781 The functions described here are scattered throughout the various
31782 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
31783 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
31784 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
31785 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
31786 in the remaining component files.
31787
31788 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
31789 generally always executes with the extensions already loaded, so
31790 normally you can use any Calc function and be confident that it will
31791 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
31792 special, check carefully to make sure each function you are using is
31793 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
31794 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
31795 prove this file will already be loaded.
31796
31797 @menu
31798 * Data Type Formats::
31799 * Interactive Lisp Functions::
31800 * Stack Lisp Functions::
31801 * Predicates::
31802 * Computational Lisp Functions::
31803 * Vector Lisp Functions::
31804 * Symbolic Lisp Functions::
31805 * Formatting Lisp Functions::
31806 * Hooks::
31807 @end menu
31808
31809 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
31810 @subsubsection Data Type Formats
31811
31812 @noindent
31813 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
31814 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
31815 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
31816 which is not a Lisp list.
31817
31818 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
31819 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
31820 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
31821 @i{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
31822 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
31823 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
31824 example, the integer @i{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
31825
31826 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
31827 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
31828 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
31829 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
31830 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
31831 and large integers are called @dfn{bignums}.
31832
31833 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
31834 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
31835 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
31836 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
31837 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
31838 are normalized by negating the numerator and denominator.
31839
31840 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
31841 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
31842 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
31843 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
31844 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
31845 @i{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
31846 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
31847 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
31848 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
31849 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)@refill
31850
31851 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
31852 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
31853 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
31854 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
31855 components are converted to real numbers automatically.@refill
31856
31857 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
31858 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
31859 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
31860 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
31861 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
31862 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
31863 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
31864 negative real number.)@refill
31865
31866 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
31867 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
31868 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
31869 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
31870 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.@refill
31871
31872 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
31873 a real number that counts days since midnight on the morning of
31874 January 1, 1 AD.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
31875 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
31876
31877 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
31878 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
31879 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
31880
31881 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
31882 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
31883 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
31884 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
31885 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
31886 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
31887
31888 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
31889 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
31890 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
31891 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
31892 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
31893 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
31894 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
31895 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
31896 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
31897 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
31898
31899 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
31900 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
31901 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
31902 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
31903 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
31904 generally unused by Calc data structures.
31905
31906 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
31907 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
31908 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
31909 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
31910 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
31911 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
31912 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
31913 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
31914 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
31915 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
31916 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
31917 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
31918 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
31919 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
31920 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
31921 which represent units are not stored in any special way; they are units
31922 only because their names appear in the units table.  If the value
31923 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
31924 the variable is used.@refill
31925
31926 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
31927 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
31928 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
31929 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
31930 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
31931 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
31932 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
31933 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
31934 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
31935 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
31936 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
31937 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
31938 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
31939 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
31940 object which represents their value, or a list of such objects if they
31941 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
31942 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
31943 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
31944 and is not used by any built-in Calc functions.)@refill
31945
31946 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
31947 @subsubsection Interactive Functions
31948
31949 @noindent
31950 The functions described here are used in implementing interactive Calc
31951 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
31952 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
31953 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
31954
31955 @defun calc-set-command-flag flag
31956 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
31957 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
31958 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
31959 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
31960 @end defun
31961
31962 @defun calc-clear-command-flag flag
31963 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
31964 remove it from that list.
31965 @end defun
31966
31967 @defun calc-record-undo rec
31968 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
31969 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
31970 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
31971 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
31972 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
31973 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
31974 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
31975 contains the variable's value) was stored and its previous value was
31976 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
31977 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
31978 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
31979 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
31980 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.@refill
31981 @end defun
31982
31983 @defun calc-record-why msg args
31984 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
31985 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
31986 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
31987 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
31988 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
31989 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
31990 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
31991 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
31992 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
31993 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
31994 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
31995 automatically; @pxref{Predicates}.@refill
31996 @end defun
31997
31998 @defun calc-is-inverse
31999 This predicate returns true if the current command is inverse,
32000 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
32001 @end defun
32002
32003 @defun calc-is-hyperbolic
32004 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
32005 @end defun
32006
32007 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
32008 @subsubsection Stack-Oriented Functions
32009
32010 @noindent
32011 The functions described here perform various operations on the Calc
32012 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
32013
32014 @defun calc-push-list vals n
32015 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
32016 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
32017 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
32018 elements will be inserted into the stack so that the last element will
32019 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
32020 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
32021 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
32022 is an empty list, nothing happens.@refill
32023
32024 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
32025 You can give an optional third argument to this function, which must
32026 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
32027 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
32028 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
32029 @end defun
32030
32031 @defun calc-top-list n m
32032 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
32033 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
32034 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
32035 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
32036 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
32037 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
32038 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
32039 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
32040 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
32041 evaluated, rounded, or renormalized.@refill
32042
32043 If any stack elements contain selections, and selections have not
32044 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
32045 this function returns the selected portions rather than the entire
32046 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
32047 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
32048 a selection in any of the requested stack elements produces an
32049 ``illegal operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
32050 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
32051 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
32052 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
32053 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
32054 list form is returned; the first element of this list will be the whole
32055 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
32056 @end defun
32057
32058 @defun calc-pop-stack n m
32059 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
32060 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
32061 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
32062
32063 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
32064 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
32065 error without changing the stack.  If you supply an optional third
32066 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
32067 contain selections.
32068 @end defun
32069
32070 @defun calc-record-list vals tag
32071 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
32072 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
32073 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
32074 will be used.
32075 @end defun
32076
32077 @defun calc-normalize n
32078 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
32079 least this involves re-rounding floating-point values according to the
32080 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
32081 selected no-simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
32082 actually evaluating a formula object by executing the function calls
32083 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
32084 @end defun
32085
32086 @defun calc-top-list-n n m
32087 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
32088 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
32089 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
32090 objects will be rejected with an error message.  All computational
32091 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
32092 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
32093 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
32094 This function accepts the same optional selection-mode argument as
32095 @code{calc-top-list}.
32096 @end defun
32097
32098 @defun calc-top-n m
32099 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
32100 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
32101 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
32102 @end defun
32103
32104 @defun calc-enter-result n tag vals
32105 This function is a convenient interface to most of the above functions.
32106 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
32107 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
32108 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
32109 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
32110 A typical stack-based computational command would take the form,
32111
32112 @smallexample
32113 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
32114                                (calc-top-list-n @var{n})))
32115 @end smallexample
32116
32117 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
32118 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
32119 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
32120 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
32121 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
32122 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
32123 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
32124 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
32125 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
32126 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
32127 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
32128 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
32129 are present.
32130 @end defun
32131
32132 @defun calc-unary-op tag func arg
32133 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
32134 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
32135 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
32136 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
32137 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,@refill
32138
32139 @smallexample
32140 (defun calc-zeta (arg)
32141   (interactive "P")
32142   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
32143 @end smallexample
32144 @end defun
32145
32146 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
32147 This function implements a binary operator, analogously to
32148 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
32149 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
32150 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
32151 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
32152 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
32153 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
32154 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
32155 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
32156 stack elements; when the argument is negative, the function is
32157 mapped between the next-to-top @i{-@var{arg}} stack elements and the
32158 top element.@refill
32159 @end defun
32160
32161 @defun calc-stack-size
32162 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
32163 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
32164 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
32165 @end defun
32166
32167 @defun calc-cursor-stack-index n
32168 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
32169 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
32170 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
32171 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
32172 line number, not the stack entry itself.@refill
32173 @end defun
32174
32175 @defun calc-substack-height n
32176 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
32177 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
32178 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
32179 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
32180 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
32181 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
32182 entries.)@refill
32183 @end defun
32184
32185 @defun calc-refresh
32186 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
32187 This must be called after changing any parameter, such as the current
32188 display radix, which might change the appearance of existing stack
32189 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
32190 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
32191 rather than just the top few elements when the macro finishes.)@refill
32192 @end defun
32193
32194 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
32195 @subsubsection Predicates
32196
32197 @noindent
32198 The functions described here are predicates, that is, they return a
32199 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
32200 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
32201 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
32202 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
32203 the full range of Calc data types.
32204
32205 @defun zerop x
32206 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
32207 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
32208 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
32209 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
32210 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
32211 @end defun
32212
32213 @defun negp x
32214 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
32215 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
32216 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
32217 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
32218 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
32219 @end defun
32220
32221 @defun posp x
32222 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
32223 numbers, none of these three predicates will return true.
32224 @end defun
32225
32226 @defun looks-negp x
32227 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
32228 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
32229 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
32230 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
32231 @end defun
32232
32233 @defun integerp x
32234 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
32235 @end defun
32236
32237 @defun fixnump x
32238 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
32239 @end defun
32240
32241 @defun natnump x
32242 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
32243 @end defun
32244
32245 @defun fixnatnump x
32246 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
32247 @end defun
32248
32249 @defun num-integerp x
32250 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
32251 true integer or a float with no significant digits to the right of
32252 the decimal point.
32253 @end defun
32254
32255 @defun messy-integerp x
32256 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
32257 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
32258 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
32259 @end defun
32260
32261 @defun num-natnump x
32262 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
32263 @end defun
32264
32265 @defun evenp x
32266 Returns true if @var{x} is an even integer.
32267 @end defun
32268
32269 @defun looks-evenp x
32270 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
32271 multiplicative coefficient which is an even integer.
32272 @end defun
32273
32274 @defun oddp x
32275 Returns true if @var{x} is an odd integer.
32276 @end defun
32277
32278 @defun ratp x
32279 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
32280 fraction.
32281 @end defun
32282
32283 @defun realp x
32284 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
32285 or floating-point number.
32286 @end defun
32287
32288 @defun anglep x
32289 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
32290 @end defun
32291
32292 @defun floatp x
32293 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
32294 interval, date form, or modulo form in which at least one component
32295 is a float.
32296 @end defun
32297
32298 @defun complexp x
32299 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
32300 (but not a real number).
32301 @end defun
32302
32303 @defun rect-complexp x
32304 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
32305 @end defun
32306
32307 @defun polar-complexp x
32308 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
32309 @end defun
32310
32311 @defun numberp x
32312 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
32313 @end defun
32314
32315 @defun scalarp x
32316 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
32317 @end defun
32318
32319 @defun vectorp x
32320 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
32321 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
32322 @end defun
32323
32324 @defun numvecp x
32325 Returns true if @var{x} is a number or vector.
32326 @end defun
32327
32328 @defun matrixp x
32329 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
32330 all of the same size.
32331 @end defun
32332
32333 @defun square-matrixp x
32334 Returns true if @var{x} is a square matrix.
32335 @end defun
32336
32337 @defun objectp x
32338 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
32339 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
32340 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
32341 as their components; see @code{constp} below.)
32342 @end defun
32343
32344 @defun objvecp x
32345 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
32346 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
32347 mentioned above for @code{objectp}).
32348 @end defun
32349
32350 @defun primp x
32351 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
32352 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
32353 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
32354 and intervals.
32355 @end defun
32356
32357 @defun constp x
32358 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
32359 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
32360 components are @code{constp}.
32361 @end defun
32362
32363 @defun lessp x y
32364 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
32365 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
32366 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
32367 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
32368 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
32369 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
32370 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.@refill
32371 @end defun
32372
32373 @defun beforep x y
32374 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
32375 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
32376 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
32377 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
32378 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
32379 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
32380 by @kbd{a s} to put the terms of a product into canonical order:
32381 This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to @samp{2 x y}.
32382 @end defun
32383
32384 @defun equal x y
32385 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
32386 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
32387 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
32388 0 and 0.0 as different.
32389 @end defun
32390
32391 @defun math-equal x y
32392 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
32393 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
32394 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
32395 converted to @samp{(math-equal x y)}.
32396 @end defun
32397
32398 @defun equal-int x n
32399 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
32400 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
32401 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
32402 whenever possible.@refill
32403 @end defun
32404
32405 @defun nearly-equal x y
32406 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
32407 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
32408 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
32409 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
32410 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
32411 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
32412 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
32413 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
32414 error in the series evaluation without doing extra work which would be
32415 lost when the result is rounded back down to the current precision.
32416 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
32417 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
32418 @end defun
32419
32420 @defun nearly-zerop x y
32421 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
32422 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
32423 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
32424 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
32425 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
32426 @var{y} must be real.
32427 @end defun
32428
32429 @defun is-true x
32430 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
32431 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
32432 or a provably non-zero formula.
32433 @end defun
32434
32435 @defun reject-arg val pred
32436 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
32437 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
32438 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
32439 function call which led here will be left in symbolic form.@refill
32440 @end defun
32441
32442 @defun inexact-value
32443 If Symbolic Mode is enabled, this will signal an error that causes
32444 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
32445 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic Mode.)
32446 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic Mode, the
32447 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
32448 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
32449 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic Mode will
32450 return the formula @samp{sin(5)} to your function.@refill
32451 @end defun
32452
32453 @defun overflow
32454 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
32455 @end defun
32456
32457 @defun underflow
32458 This signals a floating-point underflow.
32459 @end defun
32460
32461 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
32462 @subsubsection Computational Functions
32463
32464 @noindent
32465 The functions described here do the actual computational work of the
32466 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
32467 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
32468 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
32469 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
32470 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
32471 is the actual Lisp function for taking square roots.@refill
32472
32473 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
32474 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
32475 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
32476 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
32477 respectively, instead.@refill
32478
32479 @defun normalize val
32480 (Full form: @code{math-normalize}.)
32481 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
32482 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
32483 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
32484 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
32485 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
32486 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
32487 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
32488 return 6.@refill
32489
32490 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
32491 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
32492 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
32493 the formula still in symbolic form.@refill
32494
32495 If the current Simplification Mode is ``none'' or ``numeric arguments
32496 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
32497 powerful simplification modes (like algebraic simplification) are
32498 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
32499 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
32500 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
32501 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
32502 on the stack.@refill
32503 @end defun
32504
32505 @defun evaluate-expr expr
32506 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
32507 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
32508 when you press the @kbd{=} key interactively.@refill
32509 @end defun
32510
32511 @defmac with-extra-prec n body
32512 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
32513 digits.  This is a macro which expands to
32514
32515 @smallexample
32516 (math-normalize
32517   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
32518     @var{body}))
32519 @end smallexample
32520
32521 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
32522 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
32523 is important because some arithmetic operations assume a number's
32524 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
32525 @end defmac
32526
32527 @defun make-frac n d
32528 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
32529 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
32530 @end defun
32531
32532 @defun make-float mant exp
32533 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
32534 of which are arbitrary integers.  This function will return a
32535 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
32536 if @var{exp} is out of range.
32537 @end defun
32538
32539 @defun make-sdev x sigma
32540 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
32541 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
32542 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
32543 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
32544 error forms, this calls @code{reject-arg}.
32545 @end defun
32546
32547 @defun make-intv mask lo hi
32548 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
32549 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
32550 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
32551 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
32552 @end defun
32553
32554 @defun sort-intv mask lo hi
32555 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
32556 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
32557 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
32558 @end defun
32559
32560 @defun make-mod n m
32561 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
32562 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
32563 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
32564 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
32565 @end defun
32566
32567 @defun float x
32568 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
32569 converted to numerically equivalent floats; components of complex
32570 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
32571 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
32572 or formula, this calls @code{reject-arg}.
32573 @end defun
32574
32575 @defun compare x y
32576 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @i{-1} if
32577 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
32578 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
32579 undefined or cannot be determined.@refill
32580 @end defun
32581
32582 @defun numdigs n
32583 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
32584 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
32585 considered to have zero digits.
32586 @end defun
32587
32588 @defun scale-int x n
32589 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @i{-@var{n}}
32590 digits with truncation toward zero.
32591 @end defun
32592
32593 @defun scale-rounding x n
32594 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
32595 integer rather than truncating.
32596 @end defun
32597
32598 @defun fixnum n
32599 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
32600 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
32601 24 binary bits) the result is undefined.
32602 @end defun
32603
32604 @defun sqr x
32605 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
32606 @end defun
32607
32608 @defun quotient x y
32609 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
32610 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
32611 direction of rounding is undefined.
32612 @end defun
32613
32614 @defun idiv x y
32615 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
32616 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
32617 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
32618 slower than for @code{quotient}.
32619 @end defun
32620
32621 @defun imod x y
32622 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
32623 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
32624 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
32625 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
32626 @end defun
32627
32628 @defun idivmod x y
32629 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
32630 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
32631 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.@refill
32632 @end defun
32633
32634 @defun pow x y
32635 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
32636 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
32637 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.@refill
32638 @end defun
32639
32640 @defun abs-approx x
32641 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
32642 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
32643 the absolute values of the components.
32644 @end defun
32645
32646 @findex two-pi
32647 @findex pi-over-2
32648 @findex pi-over-4
32649 @findex pi-over-180
32650 @findex sqrt-two-pi
32651 @findex sqrt-e
32652 @findex e
32653 @findex ln-2
32654 @findex ln-10
32655 @defun pi
32656 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
32657 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
32658 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
32659 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, and @code{ln-10}.  Each function
32660 returns a floating-point value in the current precision, and each uses
32661 caching so that all calls after the first are essentially free.@refill
32662 @end defun
32663
32664 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
32665 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
32666 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
32667 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
32668 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
32669 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
32670 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
32671 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
32672 with the current precision increased by four, and the result minus its
32673 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
32674 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
32675 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
32676 again to 30 digits for use in the present request.@refill
32677 @end defmac
32678
32679 @findex half-circle
32680 @findex quarter-circle
32681 @defun full-circle symb
32682 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
32683 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
32684 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
32685 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic Mode.  There are also similar
32686 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
32687 @end defun
32688
32689 @defun power-of-2 n
32690 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
32691 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
32692 particular @var{n} is expensive.
32693 @end defun
32694
32695 @defun integer-log2 n
32696 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
32697 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
32698 return @code{nil}.
32699 @end defun
32700
32701 @defun div-mod a b m
32702 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
32703 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.@refill
32704 @end defun
32705
32706 @defun pow-mod a b m
32707 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
32708 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
32709 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
32710 @end defun
32711
32712 @defun isqrt n
32713 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
32714 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
32715 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
32716 @end defun
32717
32718 @defun to-hms a ang
32719 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
32720 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
32721 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
32722 is already an HMS form it is returned as-is.
32723 @end defun
32724
32725 @defun from-hms a ang
32726 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
32727 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
32728 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
32729 is returned as-is.
32730 @end defun
32731
32732 @defun to-radians a
32733 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
32734 angular mode.
32735 @end defun
32736
32737 @defun from-radians a
32738 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
32739 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
32740 @end defun
32741
32742 @defun to-radians-2 a
32743 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic Mode a degrees to
32744 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
32745 @end defun
32746
32747 @defun from-radians-2 a
32748 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic Mode a radians to
32749 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
32750 @end defun
32751
32752 @defun random-digit
32753 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
32754 @end defun
32755
32756 @defun random-digits n
32757 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
32758 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
32759 @end defun
32760
32761 @defun random-float
32762 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
32763 @end defun
32764
32765 @defun prime-test n iters
32766 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
32767 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
32768 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
32769 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
32770 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
32771 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
32772 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
32773 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
32774 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
32775 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
32776 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
32777 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
32778 @code{prime-test} remembers where it left off.@refill
32779 @end defun
32780
32781 @defun to-simple-fraction f
32782 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
32783 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
32784 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
32785 fast.
32786 @end defun
32787
32788 @defun to-fraction f tol
32789 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
32790 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
32791 function @code{frac}, and can be rather slow.
32792 @end defun
32793
32794 @defun quarter-integer n
32795 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
32796 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
32797 @i{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
32798 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
32799 returns @code{nil}.
32800 @end defun
32801
32802 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
32803 @subsubsection Vector Functions
32804
32805 @noindent
32806 The functions described here perform various operations on vectors and
32807 matrices.
32808
32809 @defun math-concat x y
32810 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
32811 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
32812 @end defun
32813
32814 @defun vec-length v
32815 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
32816 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
32817 rows in the matrix.
32818 @end defun
32819
32820 @defun mat-dimens m
32821 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
32822 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
32823 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
32824 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
32825 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
32826 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
32827 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
32828 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
32829 elements.@refill
32830 @end defun
32831
32832 @defun dimension-error
32833 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
32834 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
32835 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
32836 @end defun
32837
32838 @defun build-vector args
32839 Return a Calc vector with the zero-or-more @var{args} as elements.
32840 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
32841 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
32842 @end defun
32843
32844 @defun make-vec obj dims
32845 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
32846 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
32847 filled with 27's.
32848 @end defun
32849
32850 @defun row-matrix v
32851 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
32852 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
32853 leave it alone.
32854 @end defun
32855
32856 @defun col-matrix v
32857 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
32858 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
32859 already a matrix, leave it alone.
32860 @end defun
32861
32862 @defun map-vec f v
32863 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
32864 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
32865 of vector @var{v}.
32866 @end defun
32867
32868 @defun map-vec-2 f a b
32869 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
32870 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
32871 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
32872 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
32873 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
32874 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
32875 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
32876 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
32877 just where they are in the function position of a Lisp expression.@refill
32878 @end defun
32879
32880 @defun reduce-vec f v
32881 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
32882 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
32883 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
32884 @end defun
32885
32886 @defun reduce-cols f m
32887 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
32888 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
32889 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
32890 @end defun
32891
32892 @defun mat-row m n
32893 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
32894 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
32895 (@xref{Extracting Elements}.)
32896 @end defun
32897
32898 @defun mat-col m n
32899 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
32900 The arguments are not checked for correctness.
32901 @end defun
32902
32903 @defun mat-less-row m n
32904 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
32905 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
32906 @end defun
32907
32908 @defun mat-less-col m n
32909 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
32910 @end defun
32911
32912 @defun transpose m
32913 Return the transpose of matrix @var{m}.
32914 @end defun
32915
32916 @defun flatten-vector v
32917 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
32918 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
32919 @end defun
32920
32921 @defun copy-matrix m
32922 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
32923 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
32924 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
32925 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
32926 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
32927 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.@refill
32928 @end defun
32929
32930 @defun swap-rows m r1 r2
32931 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
32932 other words, unlike most of the other functions described here, this
32933 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
32934 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
32935 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
32936 @var{m}.@refill
32937 @end defun
32938
32939 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
32940 @subsubsection Symbolic Functions
32941
32942 @noindent
32943 The functions described here operate on symbolic formulas in the
32944 Calculator.
32945
32946 @defun calc-prepare-selection num
32947 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
32948 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
32949 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
32950 useful information about the current stack entry into a set of
32951 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
32952 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
32953 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
32954 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
32955 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
32956 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
32957 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
32958 their corresponding sub-formulas.
32959
32960 A slight complication arises in the selection mechanism because
32961 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
32962 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
32963 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
32964 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
32965 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
32966 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
32967 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
32968 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
32969 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
32970 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
32971 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
32972 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
32973 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
32974 @end defun
32975
32976 @defun calc-encase-atoms x
32977 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
32978 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
32979 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
32980 the formula in-place.
32981 @end defun
32982
32983 @defun calc-find-selected-part
32984 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
32985 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
32986 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
32987 formula, this returns @code{nil}.
32988 @end defun
32989
32990 @defun calc-change-current-selection selection
32991 Change the currently prepared stack element's selection to
32992 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
32993 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
32994 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
32995 to reflect the new selection.
32996 @end defun
32997
32998 @defun calc-find-nth-part expr n
32999 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
33000 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
33001 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
33002 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
33003 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
33004 @end defun
33005
33006 @defun calc-find-parent-formula expr part
33007 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
33008 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
33009 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
33010 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
33011 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
33012 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
33013 This function does not take associativity into account.
33014 @end defun
33015
33016 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
33017 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
33018 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
33019 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
33020 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
33021 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
33022 return the whole expression.
33023 @end defun
33024
33025 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
33026 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
33027 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
33028 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
33029 has been used, this simply returns @var{part}.
33030 @end defun
33031
33032 @defun calc-find-sub-formula expr part
33033 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
33034 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
33035 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
33036 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
33037 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
33038 function does not take associativity into account.
33039 @end defun
33040
33041 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
33042 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
33043 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
33044 @end defun
33045
33046 @defun simplify expr
33047 Simplify the expression @var{expr} by applying various algebraic rules.
33048 This is what the @w{@kbd{a s}} (@code{calc-simplify}) command uses.  This
33049 always returns a copy of the expression; the structure @var{expr} points
33050 to remains unchanged in memory.
33051
33052 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
33053 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
33054 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
33055 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
33056 each level, any simplifications that can be made are made until no
33057 further changes are possible.  Once the entire formula has been
33058 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
33059 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
33060 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
33061 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
33062 needed:@: one to simplify the formula, and another to verify that no
33063 further simplifications were possible.
33064 @end defun
33065
33066 @defun simplify-extended expr
33067 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
33068 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
33069 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
33070 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
33071 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
33072 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
33073 Dangerous simplification rules are written to check this variable
33074 before taking any action.@refill
33075 @end defun
33076
33077 @defun simplify-units expr
33078 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
33079 whenever possible.  This works by binding the variable
33080 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
33081 @end defun
33082
33083 @defmac math-defsimplify funcs body
33084 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
33085 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
33086 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
33087 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
33088 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
33089 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
33090 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
33091 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
33092 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
33093 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
33094 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
33095 If the function body returns something different, that new formula is
33096 substituted for @var{expr} in the original formula.@refill
33097
33098 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
33099 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
33100 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
33101 function will not have a chance to trigger until the next iteration
33102 of the main @code{simplify} loop.
33103
33104 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
33105 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
33106 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
33107 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
33108
33109 The arguments of a function call will already have been simplified
33110 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
33111 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
33112 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
33113 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
33114
33115 @smallexample
33116 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
33117   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
33118            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
33119                            (math-neg (nth 1 expr)))))
33120       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
33121            (or math-living-dangerously
33122                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
33123            (nth 1 (nth 1 expr)))))
33124 @end smallexample
33125
33126 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
33127 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
33128 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
33129 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.@refill
33130 @end defmac
33131
33132 @defun common-constant-factor expr
33133 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
33134 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
33135 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
33136 3 is a common factor of all the terms.
33137 @end defun
33138
33139 @defun cancel-common-factor expr factor
33140 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
33141 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
33142 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
33143 it is being used by a simplification rule (where such things are
33144 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
33145 square roots:
33146
33147 @smallexample
33148 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
33149   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
33150     (and fac (not (eq fac 1))
33151          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
33152                    (math-normalize
33153                     (list 'calcFunc-sqrt
33154                           (math-cancel-common-factor
33155                            (nth 1 expr) fac)))))))
33156 @end smallexample
33157 @end defun
33158
33159 @defun frac-gcd a b
33160 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
33161 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
33162 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
33163 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
33164 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.@refill
33165 @end defun
33166
33167 @defun map-tree func expr many
33168 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
33169 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
33170 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
33171 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
33172 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
33173 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
33174 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
33175 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
33176 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
33177 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
33178 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
33179 default, as described above, is infinitely many times.@refill
33180 @end defun
33181
33182 @defun compile-rewrites rules
33183 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
33184 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
33185 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
33186 for that same variable can return immediately.  If there are problems
33187 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
33188 message.
33189 @end defun
33190
33191 @defun apply-rewrites expr crules heads
33192 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
33193 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
33194 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
33195 matched, or if the only rules that matched did not actually change
33196 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
33197 it should be a list of all function names that (may) appear in
33198 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
33199 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
33200 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
33201 down to just a few rules in the rule set.
33202 @end defun
33203
33204 @defun rewrite-heads expr
33205 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
33206 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
33207 @end defun
33208
33209 @defun rewrite expr rules many
33210 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
33211 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
33212 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
33213 times.
33214 @end defun
33215
33216 @defun match-patterns pat vec not-flag
33217 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
33218 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
33219 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
33220 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
33221 @end defun
33222
33223 @defun deriv expr var value symb
33224 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
33225 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
33226 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
33227 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
33228 functions for which no derivative formula is known, new derivative
33229 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
33230 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of undifferentiable
33231 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
33232 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
33233
33234 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
33235 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
33236 of the symbol for the function's derivative, which will be the
33237 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
33238 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
33239 original function call that is being differentiated.  It should return
33240 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
33241 is defined by
33242
33243 @smallexample
33244 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
33245      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
33246 @end smallexample
33247
33248 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
33249 @smallexample
33250 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
33251      (function (lambda (x b) ... )))
33252 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
33253      (function (lambda (x b) ... )))
33254 @end smallexample
33255 @end defun
33256
33257 @defun tderiv expr var value symb
33258 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
33259 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
33260 assumed to be constant with respect to @var{var}.
33261 @end defun
33262
33263 @defun integ expr var low high
33264 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
33265 @xref{Calculus}, for further details.
33266 @end defun
33267
33268 @defmac math-defintegral funcs body
33269 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
33270 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
33271 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
33272 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
33273 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
33274 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
33275 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
33276 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
33277 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
33278 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
33279
33280 @smallexample
33281 (math-defintegral calcFunc-conj
33282   (let ((int (math-integral u)))
33283     (and int
33284          (list 'calcFunc-conj int))))
33285
33286 (math-defintegral calcFunc-cos
33287   (and (equal u math-integ-var)
33288        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
33289 @end smallexample
33290
33291 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
33292 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
33293 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
33294 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
33295 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
33296 result.@refill
33297 @end defmac
33298
33299 @defmac math-defintegral-2 funcs body
33300 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
33301 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
33302 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
33303 @var{v}.@refill
33304 @end defmac
33305
33306 @defun solve-for lhs rhs var full
33307 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
33308 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
33309 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
33310 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
33311 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
33312 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
33313 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
33314 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
33315 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
33316 as properties in a manner similar to derivatives:@refill
33317
33318 @smallexample
33319 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
33320      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
33321 @end smallexample
33322
33323 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
33324 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
33325 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
33326 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
33327 if the caller requested a non-``full'' solution.
33328 @end defun
33329
33330 @defun solve-eqn expr var full
33331 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
33332 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
33333 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
33334 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
33335 @end defun
33336
33337 @defun solve-system exprs vars full
33338 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
33339 and @var{vars} will be vectors of equal length.
33340 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
33341 @end defun
33342
33343 @defun expr-contains expr var
33344 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
33345 of @var{expr}.
33346
33347 This function might seem at first to be identical to
33348 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
33349 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
33350 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
33351 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
33352 @code{eq} to each other.@refill
33353 @end defun
33354
33355 @defun expr-contains-count expr var
33356 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
33357 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.@refill
33358 @end defun
33359
33360 @defun expr-depends expr var
33361 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
33362 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
33363 in common.
33364 @end defun
33365
33366 @defun expr-contains-vars expr
33367 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
33368 contains only constants and functions with constant arguments.
33369 @end defun
33370
33371 @defun expr-subst expr old new
33372 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
33373 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
33374 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
33375 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.@refill
33376 @end defun
33377
33378 @defun multi-subst expr old new
33379 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
33380 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
33381 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
33382 are ignored.
33383 @end defun
33384
33385 @defun expr-weight expr
33386 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
33387 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
33388 ``primitive'' objects, this will be one.
33389 @end defun
33390
33391 @defun expr-height expr
33392 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
33393 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
33394 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.@refill
33395 @end defun
33396
33397 @defun polynomial-p expr var
33398 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
33399 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
33400 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
33401 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
33402 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
33403 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
33404 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
33405 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
33406 a polynomial of degree 0.@refill
33407 @end defun
33408
33409 @defun is-polynomial expr var degree loose
33410 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
33411 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
33412 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
33413 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
33414 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
33415 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
33416 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
33417 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
33418 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
33419 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
33420 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
33421 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
33422 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
33423 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
33424 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
33425 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
33426 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
33427 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
33428 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.@refill
33429 @end defun
33430
33431 @defun polynomial-base expr pred
33432 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
33433 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
33434 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
33435 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
33436 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
33437 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
33438 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
33439 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
33440 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
33441 is found.@refill
33442 @end defun
33443
33444 @defun poly-simplify poly
33445 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
33446 clipping off trailing zeros.
33447 @end defun
33448
33449 @defun poly-mix a ac b bc
33450 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
33451 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
33452 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
33453 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.@refill
33454 @end defun
33455
33456 @defun poly-mul a b
33457 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
33458 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
33459 @end defun
33460
33461 @defun build-polynomial-expr poly var
33462 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
33463 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
33464 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
33465 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
33466 to turn the list back into an expression in regular form.@refill
33467 @end defun
33468
33469 @defun check-unit-name var
33470 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
33471 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
33472 will be a list whose first element is the unit name (not counting
33473 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
33474 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
33475 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
33476 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
33477 @end defun
33478
33479 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
33480 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
33481 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
33482 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
33483 checks whether @var{expr} is directly a units expression.@refill
33484 @end defun
33485
33486 @defun single-units-in-expr-p expr
33487 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
33488 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
33489 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
33490 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
33491 @end defun
33492
33493 @defun to-standard-units expr which
33494 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
33495 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
33496 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
33497 where the first element is a Calc base symbol name and the second
33498 is an expression to substitute for it.@refill
33499 @end defun
33500
33501 @defun remove-units expr
33502 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
33503 This expression is generally normalized before use.
33504 @end defun
33505
33506 @defun extract-units expr
33507 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
33508 by ones.
33509 @end defun
33510
33511 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
33512 @subsubsection I/O and Formatting Functions
33513
33514 @noindent
33515 The functions described here are responsible for parsing and formatting
33516 Calc numbers and formulas.
33517
33518 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
33519 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
33520 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
33521 @end defun
33522
33523 @defun read-number str
33524 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
33525 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
33526 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
33527 @end defun
33528
33529 @defun read-expr str
33530 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
33531 not have the form of a valid expression, return a list of the form
33532 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
33533 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
33534 a string describing the problem.@refill
33535 @end defun
33536
33537 @defun read-exprs str
33538 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
33539 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
33540 shown above is returned instead.
33541 @end defun
33542
33543 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
33544 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
33545 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
33546 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
33547 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
33548 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
33549 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
33550 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
33551 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
33552 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
33553 @code{calc-normalize} first.@refill
33554
33555 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
33556 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
33557 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
33558 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
33559 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
33560 that actually appeared in the input.@refill
33561 @end defun
33562
33563 @defun format-number a
33564 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
33565 @end defun
33566
33567 @defun format-flat-expr a prec
33568 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
33569 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
33570 This is a simple format designed
33571 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
33572 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
33573 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
33574 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
33575 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
33576 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.@refill
33577 @end defun
33578
33579 @defun format-nice-expr a width
33580 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
33581 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
33582 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
33583 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
33584 command uses this when only one stack entry is being edited.
33585 @end defun
33586
33587 @defun format-value a width
33588 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
33589 format seen in the stack buffer.  Beware the string returned may
33590 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
33591 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
33592 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
33593 parameter, if given, is the target window size for which to format
33594 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
33595 window is used.@refill
33596 @end defun
33597
33598 @defun compose-expr a prec
33599 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
33600 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
33601 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
33602 You can specify the format of a given type of function call by putting
33603 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
33604 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
33605 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
33606 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
33607 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
33608 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
33609 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
33610 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
33611 normal function-call notation for that language.
33612 @end defun
33613
33614 @defun composition-to-string c w
33615 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
33616 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
33617 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
33618 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
33619 followed by @code{composition-to-string}.
33620 @end defun
33621
33622 @defun comp-width c
33623 Compute the width in characters of composition @var{c}.
33624 @end defun
33625
33626 @defun comp-height c
33627 Compute the height in lines of composition @var{c}.
33628 @end defun
33629
33630 @defun comp-ascent c
33631 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
33632 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
33633 @end defun
33634
33635 @defun comp-descent c
33636 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
33637 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
33638 @end defun
33639
33640 @defun comp-first-char c
33641 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
33642 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
33643 return @code{nil}.@refill
33644 @end defun
33645
33646 @defun comp-last-char c
33647 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
33648 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
33649 @end defun
33650
33651 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
33652 @comment @subsubsection Lisp Variables
33653 @comment 
33654 @comment @noindent
33655 @comment (This section is currently unfinished.)
33656
33657 @node Hooks, , Formatting Lisp Functions, Internals
33658 @subsubsection Hooks
33659
33660 @noindent
33661 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
33662 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
33663 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
33664 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
33665 other customization-related variables are also described here.
33666
33667 @defvar calc-load-hook
33668 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
33669 been loaded, before any functions in it have been called, but after
33670 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
33671 @end defvar
33672
33673 @defvar calc-ext-load-hook
33674 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
33675 @end defvar
33676
33677 @defvar calc-start-hook
33678 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
33679 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
33680 necessary, the Calc window and trail window have been created,
33681 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
33682 @end defvar
33683
33684 @defvar calc-mode-hook
33685 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
33686 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
33687 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
33688 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
33689 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
33690 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
33691 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
33692 been evaluated yet.
33693 @end defvar
33694
33695 @defvar calc-trail-mode-hook
33696 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
33697 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
33698 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
33699 per Emacs session.
33700 @end defvar
33701
33702 @defvar calc-end-hook
33703 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
33704 presses @kbd{q} or @kbd{M-# c} while in Calc.  The Calc buffer will
33705 be the current buffer.  The hook is called as the very first
33706 step, before the Calc window is destroyed.
33707 @end defvar
33708
33709 @defvar calc-window-hook
33710 If this hook exists, it is called to create the Calc window.
33711 Upon return, this new Calc window should be the current window.
33712 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
33713 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
33714 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
33715 and @code{select-window} to create the Calc window.
33716 @end defvar
33717
33718 @defvar calc-trail-window-hook
33719 If this hook exists, it is called to create the Calc Trail window.
33720 The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
33721 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook},
33722 this hook must @emph{not} switch into the new window.
33723 @end defvar
33724
33725 @defvar calc-edit-mode-hook
33726 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
33727 commands) when the temporary editing buffer is being created.
33728 The buffer will have been selected and set up to be in
33729 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
33730 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
33731 @code{calc-edit} command.)
33732 @end defvar
33733
33734 @defvar calc-mode-save-hook
33735 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
33736 after Calc's own mode features have been inserted into the
33737 @file{.emacs} buffer and just before the ``End of mode settings''
33738 message is inserted.
33739 @end defvar
33740
33741 @defvar calc-reset-hook
33742 This hook is called after @kbd{M-# 0} (@code{calc-reset}) has
33743 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
33744 @end defvar
33745
33746 @defvar calc-other-modes
33747 This variable contains a list of strings.  The strings are
33748 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
33749 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
33750 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
33751 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
33752 @end defvar
33753
33754 @defvar calc-mode-map
33755 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
33756 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
33757 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
33758 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
33759 which is a command that loads the extensions package and
33760 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
33761 one of these keys, it will probably be overridden when the
33762 extensions are loaded.
33763 @end defvar
33764
33765 @defvar calc-digit-map
33766 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
33767 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
33768 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
33769 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
33770 @end defvar
33771
33772 @defvar calc-alg-ent-map
33773 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
33774 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
33775 @end defvar
33776
33777 @defvar calc-store-var-map
33778 This is the keymap that is used during entry of variable names for
33779 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
33780 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
33781 @end defvar
33782
33783 @defvar calc-edit-mode-map
33784 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
33785 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
33786 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
33787 @end defvar
33788
33789 @defvar calc-mode-var-list
33790 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
33791 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
33792 and its default value.  When modes are being saved, each variable
33793 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
33794 non-default variables are written out.
33795 @end defvar
33796
33797 @defvar calc-local-var-list
33798 This is a list of variables which should be buffer-local to the
33799 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
33800 These variables also have their default values manipulated by
33801 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
33802 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
33803 used the first time, your hook should add a variable to the
33804 list and also call @code{make-local-variable} itself.
33805 @end defvar
33806
33807 @node Installation, Reporting Bugs, Programming, Top
33808 @appendix Installation
33809
33810 @noindent
33811 Calc 2.02 comes as a set of GNU Emacs Lisp files, with names like
33812 @file{calc.el} and @file{calc-ext.el}, and also as a @file{calc.texinfo}
33813 file which can be used to generate both on-line and printed
33814 documentation.@refill
33815
33816 To install Calc, just follow these simple steps.  If you want more
33817 information, each step is discussed at length in the sections below.
33818
33819 @enumerate
33820 @item
33821 Change (@samp{cd}) to the Calc ``home'' directory.  This directory was
33822 created when you unbundled the Calc @file{.tar} or @file{.shar} file.
33823
33824 @item
33825 Type @samp{make} to install Calc privately for your own use, or type
33826 @samp{make install} to install Calc system-wide.  This will compile all
33827 the Calc component files, modify your @file{.emacs} or the system-wide
33828 @file{lisp/default} file to install Calc as appropriate, and format
33829 the on-line Calc manual.
33830
33831 @noindent
33832 Both variants are shorthand for the following three steps:
33833 @itemize @bullet
33834 @item
33835 @pindex calc-compile
33836 @samp{make compile} to run the byte-compiler.
33837
33838 @item
33839 @samp{make private} or @samp{make public}, corresponding to
33840 @samp{make} and @samp{make install}, respectively.  (If @samp{make public}
33841 fails because your system doesn't already have a @file{default} or
33842 @file{default.el} file, use Emacs or the Unix @code{touch} command
33843 to create a zero-sized one first.)
33844
33845 @item
33846 @samp{make info} to format the on-line Calc manual.  This first tries
33847 to use the @file{makeinfo} program; if that program is not present, it
33848 uses the Emacs @code{texinfo-format-buffer} command instead.
33849 @end itemize
33850 @noindent
33851 The Unix @code{make} utility looks in the file @file{Makefile} in the
33852 current directory to see what Unix commands correspond to the various
33853 ``targets'' like @code{install} or @code{public}.  If your system
33854 doesn't have @code{make}, you will have to examine the @file{Makefile}
33855 and type in the corresponding commands by hand.
33856
33857 @item
33858 If you ever move Calc to a new home directory, just give the
33859 @samp{make private} or @samp{make public} command again in the new
33860 directory.
33861
33862 @item
33863 Test your installation as described at the end of these instructions.
33864
33865 @item
33866 (Optional.)  To print a hardcopy of the Calc manual (over 500 pages)
33867 or just the Calc Summary (about 20 pages), follow the instructions under
33868 ``Printed Documentation'' below.
33869 @end enumerate
33870
33871 @noindent
33872 Calc is now installed and ready to go!
33873 @example
33874
33875 @end example
33876 @iftex
33877 @node Installation 2, foo, bar, spam
33878 @end iftex
33879
33880 @appendixsec Upgrading from Calc 1.07
33881
33882 @noindent
33883 If you have Calc version 1.07 or earlier, you will find that Calc 2.00
33884 is organized quite differently.  For one, Calc 2.00 is now distributed
33885 already split into many parts; formerly this was done as part of the
33886 installation procedure.  Also, some new functions must be autoloaded
33887 and the @kbd{M-#} key must be bound to @code{calc-dispatch} instead
33888 of to @code{calc}.
33889
33890 The easiest way to upgrade is to delete your old Calc files and then
33891 install Calc 2.00 from scratch using the above instructions.  You should
33892 then go into your @file{.emacs} or @file{default} file and remove the
33893 old @code{autoload} and @code{global-set-key} commands for Calc, since
33894 @samp{make public}/@samp{make private} has added new, better ones.
33895
33896 See the @file{README} and @file{README.prev} files in the Calc
33897 distribution for more information about what has changed since version
33898 1.07.  (@file{README.prev} describes changes before 2.00, and is
33899 present only in the FTP and tape versions of the distribution.)
33900
33901 @ifnottex
33902 @example
33903
33904 @end example
33905 @end ifnottex
33906 @appendixsec The @samp{make public} Command
33907
33908 @noindent
33909 If you are not the regular Emacs administrator on your system, your
33910 account may not be allowed to execute the @samp{make public} command,
33911 since the system-wide @file{default} file may be write-protected.
33912 If this is the case, you will have to ask your Emacs installer to
33913 execute this command.  (Just @code{cd} to the Calc home directory
33914 and type @samp{make public}.)
33915
33916 The @samp{make private} command adds exactly the same set of commands
33917 to your @file{.emacs} file as @samp{make public} adds to @file{default}.
33918 If your Emacs installer is concerned about typing this command out of
33919 the blue, you can ask her/him instead to copy the necessary text from
33920 your @file{.emacs} file.  (It will be marked by a comment that says
33921 ``Commands added by @code{calc-private-autoloads} on (date and time).'')
33922
33923 @ifnottex
33924 @example
33925
33926 @end example
33927 @end ifnottex
33928 @appendixsec Compilation
33929
33930 @noindent
33931 Calc is written in a way that maximizes performance when its code has been
33932 byte-compiled; a side effect is that performance is seriously degraded if
33933 it @emph{isn't} compiled.  Thus, it is essential to compile the Calculator
33934 before trying to use it.  The function @samp{calc-compile} in the file
33935 @file{calc-maint.el} runs the Emacs byte-compiler on all the Calc source
33936 files.  (Specifically, it runs @kbd{M-x byte-compile-file} on all files
33937 in the current directory with names of the form @file{calc*.el}, and also
33938 on the file @file{macedit.el}.)
33939
33940 If @code{calc-compile} finds that certain files have already been
33941 compiled and have not been changed since, then it will not bother to
33942 recompile those files.
33943
33944 The @code{calc-compile} command also pre-builds certain tables, such as
33945 the units table (@pxref{The Units Table}) and the built-in rewrite rules
33946 (@pxref{Rearranging with Selections}) which Calc would otherwise
33947 need to rebuild every time those features were used.
33948
33949 The @samp{make compile} shell command is simply a convenient way to
33950 start an Emacs and give it a @code{calc-compile} command.
33951
33952 @ifnottex
33953 @example
33954
33955 @end example
33956 @end ifnottex
33957 @appendixsec Auto-loading
33958
33959 @noindent
33960 To teach Emacs how to load in Calc when you type @kbd{M-#} for the
33961 first time, add these lines to your @file{.emacs} file (if you are
33962 installing Calc just for your own use), or the system's @file{lisp/default}
33963 file (if you are installing Calc publicly).  The @samp{make private}
33964 and @samp{make public} commands, respectively, take care of this.
33965 (Note that @samp{make} runs @samp{make private}, and @samp{make install}
33966 runs @samp{make public}.)
33967
33968 @smallexample
33969 (autoload 'calc-dispatch          "calc" "Calculator Options" t)
33970 (autoload 'full-calc              "calc" "Full-screen Calculator" t)
33971 (autoload 'full-calc-keypad       "calc" "Full-screen X Calculator" t)
33972 (autoload 'calc-eval              "calc" "Use Calculator from Lisp")
33973 (autoload 'defmath                "calc" nil t t)
33974 (autoload 'calc                   "calc" "Calculator Mode" t)
33975 (autoload 'quick-calc             "calc" "Quick Calculator" t)
33976 (autoload 'calc-keypad            "calc" "X windows Calculator" t)
33977 (autoload 'calc-embedded          "calc" "Use Calc from any buffer" t)
33978 (autoload 'calc-embedded-activate "calc" "Activate =>'s in buffer" t)
33979 (autoload 'calc-grab-region       "calc" "Grab region of Calc data" t)
33980 (autoload 'calc-grab-rectangle    "calc" "Grab rectangle of data" t)
33981 @end smallexample
33982
33983 @vindex load-path
33984 Unless you have installed the Calc files in Emacs' main @file{lisp/}
33985 directory, you will also have to add a command that looks like the
33986 following to tell Emacs where to find them.  In this example, we
33987 have put the files in directory @file{/usr/gnu/src/calc-2.00}.
33988
33989 @smallexample
33990 (setq load-path (append load-path (list "/usr/gnu/src/calc-2.00")))
33991 @end smallexample
33992
33993 @noindent
33994 The @samp{make public} and @samp{make private} commands also do this
33995 (they use the then-current directory as the name to add to the path).
33996 If you move Calc to a new location, just repeat the @samp{make public}
33997 or @samp{make private} command to have this new location added to
33998 the @code{load-path}.@refill
33999
34000 The @code{autoload} command for @code{calc-dispatch} is what loads
34001 @file{calc.elc} when you type @kbd{M-#}.  It is the only @code{autoload}
34002 that is absolutely necessary for Calc to work.  The others are for
34003 commands and features that you may wish to use before typing
34004 @kbd{M-#} for the first time.  In particular, @code{full-calc} and
34005 @code{full-calc-keypad} are autoloaded to support ``standalone''
34006 operation (@pxref{Standalone Operation}), @code{calc-eval} and
34007 @code{defmath} are autoloaded to allow other Emacs Lisp programs to
34008 use Calc facilities (@pxref{Calling Calc from Your Programs}), and
34009 @code{calc-embedded-activate} is autoloaded because some Embedded
34010 Mode files may call it as soon as they are read into Emacs
34011 (@pxref{Assignments in Embedded Mode}).
34012
34013 @ifnottex
34014 @example
34015
34016 @end example
34017 @end ifnottex
34018 @appendixsec Finding Component Files
34019
34020 @noindent
34021 There is no need to write @code{autoload} commands that point to all
34022 the various Calc component files like @file{calc-misc.elc} and
34023 @file{calc-alg.elc}.  The main file, @file{calc.elc}, contains all
34024 the necessary @code{autoload} commands for these files.
34025
34026 (Actually, to conserve space @file{calc.elc} only autoloads a few of
34027 the component files, plus @file{calc-ext.elc}, which in turn autoloads
34028 the rest of the components.  This allows Calc to load a little faster
34029 in the beginning, but the net effect is the same.)
34030
34031 This autoloading mechanism assumes that all the component files can
34032 be found on the @code{load-path}.  The @samp{make public} and
34033 @samp{make private} commands take care of this, but Calc has a few
34034 other strategies in case you have installed it in an unusual way.
34035
34036 If, when Calc is loaded, it is unable to find its components on the
34037 @code{load-path} it is given, it checks the file name in the original
34038 @code{autoload} command for @code{calc-dispatch}.  If that name
34039 included directory information, Calc adds that directory to the
34040 @code{load-path}:
34041
34042 @example
34043 (autoload 'calc-dispatch "calc-2.00/calc" "Calculator" t)
34044 @end example
34045
34046 @noindent
34047 Suppose the directory @file{/usr/gnu/src/emacs/lisp} is on the path, and
34048 the above @code{autoload} allows Emacs to find Calc under the name
34049 @file{/usr/gnu/src/emacs/lisp/calc-2.00/calc.elc}.  Then when Calc
34050 starts up it will add @file{/usr/gnu/src/emacs/lisp/calc-2.00}
34051 to the path so that it will later be able to find its component files.
34052
34053 @vindex calc-autoload-directory
34054 If the above strategy does not locate the component files, Calc
34055 examines the variable @code{calc-autoload-directory}.  This is
34056 initially @code{nil}, but you can store the name of Calc's home
34057 directory in it as a sure-fire way of getting Calc to find its
34058 components.
34059
34060 @ifnottex
34061 @example
34062
34063 @end example
34064 @end ifnottex
34065 @appendixsec Merging Source Files
34066
34067 @noindent
34068 If the @code{autoload} mechanism is not managing to load each part
34069 of Calc when it is needed, you can concatenate all the @file{.el}
34070 files into one big file.  The order should be @file{calc.el}, then
34071 @file{calc-ext.el}, then all the other files in any order.
34072 Byte-compile the resulting big file.  This merged Calculator ought
34073 to work just like Calc normally does, though it will be @emph{substantially}
34074 slower to load.@refill
34075
34076 @ifnottex
34077 @example
34078
34079 @end example
34080 @end ifnottex
34081 @appendixsec Key Bindings
34082
34083 @noindent
34084 Calc is normally bound to the @kbd{M-#} key.  To set up this key
34085 binding, include the following command in your @file{.emacs} or
34086 @file{lisp/default} file.  (This is done automatically by
34087 @samp{make private} or @samp{make public}, respectively.)
34088
34089 @smallexample
34090 (global-set-key "\e#" 'calc-dispatch)
34091 @end smallexample
34092
34093 Note that @code{calc-dispatch} actually works as a prefix for various
34094 two-key sequences.  If you have a convenient unused function key on
34095 your keyboard, you may wish to bind @code{calc-dispatch} to that as
34096 well.  You may even wish to bind other specific Calc functions like
34097 @code{calc} or @code{quick-calc} to other handy function keys.
34098
34099 Even if you bind @code{calc-dispatch} to other keys, it is best to
34100 bind it to @kbd{M-#} as well if you possibly can:  There are references
34101 to @kbd{M-#} all throughout the Calc manual which would confuse novice
34102 users if they didn't work as advertised.
34103
34104 @vindex calc-scan-for-dels
34105 Another key binding issue is the @key{DEL} key.  Some installations
34106 use a different key (such as backspace) for this purpose.  Calc
34107 normally scans the entire keymap and maps all keys defined like
34108 @key{DEL} to the @code{calc-pop} command.  However, this may be
34109 slow.  You can set the variable @code{calc-scan-for-dels} to
34110 @code{nil} to cause only the actual @key{DEL} key to be mapped to
34111 @code{calc-pop}; this will speed loading of Calc.
34112
34113 @ifnottex
34114 @example
34115
34116 @end example
34117 @end ifnottex
34118 @appendixsec The @file{macedit} Package
34119
34120 @noindent
34121 The file @file{macedit.el} contains another useful Emacs extension
34122 called @code{edit-kbd-macro}.  It allows you to edit a keyboard macro
34123 in human-readable form.  The @kbd{Z E} command in Calc knows how to
34124 use it to edit user commands that have been defined by keyboard macros.
34125 To autoload it, you will want to include the commands,
34126
34127 @smallexample
34128 (autoload 'edit-kbd-macro      "macedit" "Edit Keyboard Macro" t)
34129 (autoload 'edit-last-kbd-macro "macedit" "Edit Keyboard Macro" t)
34130 (autoload 'read-kbd-macro      "macedit" "Read Keyboard Macro" t)
34131 @end smallexample
34132
34133 @noindent
34134 The @samp{make public} and @samp{make private} commands do this.
34135
34136 @ifnottex
34137 @example
34138
34139 @end example
34140 @end ifnottex
34141 @appendixsec The GNUPLOT Program
34142
34143 @noindent
34144 Calc's graphing commands use the GNUPLOT program.  If you have GNUPLOT
34145 but you must type some command other than @file{gnuplot} to get it,
34146 you should add a command to set the Lisp variable @code{calc-gnuplot-name}
34147 to the appropriate file name.  You may also need to change the variables
34148 @code{calc-gnuplot-plot-command} and @code{calc-gnuplot-print-command} in
34149 order to get correct displays and hardcopies, respectively, of your
34150 plots.@refill
34151
34152 @ifnottex
34153 @example
34154
34155 @end example
34156 @end ifnottex
34157 @appendixsec On-Line Documentation
34158
34159 @noindent
34160 The documentation for Calc (this manual) comes in a file called
34161 @file{calc.texinfo}.  To format this for use as an on-line manual,
34162 type @samp{make info} (to use the @code{makeinfo} program), or
34163 @samp{make texinfo} (to use the @code{texinfmt.el} program which runs
34164 inside of Emacs).  The former command is recommended if it works
34165 on your system; it is faster and produces nicer-looking output.
34166
34167 The @code{makeinfo} program will report inconsistencies involving
34168 the nodes ``Copying'' and ``Interactive Tutorial''; these
34169 messages should be ignored.
34170
34171 The result will be a collection of files whose names begin with
34172 @file{calc.info}.  You may wish to add a reference to the first
34173 of these, @file{calc.info} itself, to your Info system's @file{dir}
34174 file.  (This is optional since the @kbd{M-# i} command can access
34175 @file{calc.info} whether or not it appears in the @file{dir} file.)
34176
34177 @vindex calc-info-filename
34178 There is a Lisp variable called @code{calc-info-filename} which holds
34179 the name of the Info file containing Calc's on-line documentation.
34180 Its default value is @code{"calc.info"}, which will work correctly if
34181 the Info files are stored in Emacs' main @file{info/} directory, or if
34182 they are in any of the directories listed in the @code{load-path}.  If
34183 you keep them elsewhere, you will want to put a command of the form,
34184
34185 @smallexample
34186 (setq calc-info-filename ".../calc.info")
34187 @end smallexample
34188
34189 @noindent
34190 in your @file{.emacs} or @file{lisp/default} file, where @file{...}
34191 represents the directory containing the Info files.  This will not
34192 be necessary if you follow the normal installation procedures.
34193
34194 The @samp{make info} and @samp{make texinfo} commands compare the dates
34195 on the files @file{calc.texinfo} and @file{calc.info}, and run the
34196 appropriate program only if the latter file is older or does not exist.
34197
34198 @ifnottex
34199 @example
34200
34201 @end example
34202 @end ifnottex
34203 @appendixsec Printed Documentation
34204
34205 @noindent
34206 Because the Calc manual is so large, you should only make a printed
34207 copy if you really need it.  To print the manual, you will need the
34208 @TeX{} typesetting program (this is a free program by Donald Knuth
34209 at Stanford University) as well as the @file{texindex} program and
34210 @file{texinfo.tex} file, both of which can be obtained from the FSF
34211 as part of the @code{texinfo2} package.@refill
34212
34213 To print the Calc manual in one huge 550 page tome, type @samp{make tex}.
34214 This will take care of running the manual through @TeX{} twice so that
34215 references to later parts of the manual will have correct page numbers.
34216 (Don't worry if you get some ``overfull box'' warnings.)
34217
34218 The result will be a device-independent output file called
34219 @file{calc.dvi}, which you must print in whatever way is right
34220 for your system.  On many systems, the command is
34221
34222 @example
34223 lpr -d calc.dvi
34224 @end example
34225
34226 @cindex Marginal notes, adjusting
34227 Marginal notes for each function and key sequence normally alternate
34228 between the left and right sides of the page, which is correct if the
34229 manual is going to be bound as double-sided pages.  Near the top of
34230 the file @file{calc.texinfo} you will find alternate definitions of
34231 the @code{\bumpoddpages} macro that put the marginal notes always on
34232 the same side, best if you plan to be binding single-sided pages.
34233
34234 @pindex calc-split-manual
34235 Some people find the Calc manual to be too large to handle easily.
34236 In fact, some versions of @TeX{} have too little memory to print it.
34237 So Calc includes a @code{calc-split-manual} command that splits
34238 @file{calc.texinfo} into two volumes, the Calc Tutorial and the
34239 Calc Reference.  The easiest way to use it is to type @samp{make tex2}
34240 instead of @samp{make tex}.  The result will be two smaller files,
34241 @file{calctut.dvi} and @file{calcref.dvi}.  The former contains the
34242 tutorial part of the manual; the latter contains the reference part.
34243 Both volumes include copies of the ``Getting Started'' chapter and
34244 licensing information.
34245
34246 To save disk space, you may wish to delete @file{calctut.*} and
34247 @file{calcref.*} after you're done.  Don't delete @file{calc.texinfo},
34248 because you will need it to install future patches to Calc.
34249 The @samp{make tex2} command takes care of all of this for you.
34250
34251 The @samp{make textut} command formats only the Calc Tutorial volume,
34252 producing @file{calctut.dvi} but not @file{calcref.dvi}.  Likewise,
34253 @samp{make texref} formats only the Calc Reference volume.
34254
34255 @pindex calc-split-summary
34256 Finally, there is a @code{calc-split-summary} command that splits off
34257 just the Calc Summary appendix suitable for printing by itself.
34258 Type @samp{make summary} instead of @samp{make tex}.  The resulting
34259 @file{calcsum.dvi} file will print in less than 20 pages.  If the
34260 Key Index file @file{calc.ky} is present, left over from a previous
34261 @samp{make tex} command, then @samp{make summary} will insert a
34262 column of page numbers into the summary using that information.
34263
34264 The @samp{make isummary} command is like @samp{make summary}, but it
34265 prints a summary that is designed to be substituted into the regular
34266 manual.  (The two summaries will be identical except for the
34267 additional column of page numbers.)  To make a complete manual, run
34268 @samp{make tex} and @samp{make isummary}, print the two resulting
34269 @file{.dvi} files, then discard the Summary pages that came from
34270 @file{calc.dvi} and insert the ones from @file{calcsum.dvi} in their
34271 place.  Also, remember that the table of contents prints at the end
34272 of the manual but should generally be moved to the front (after the
34273 title and copyright pages).
34274
34275 If you don't have @TeX{}, you can print the summary as a plain text
34276 file by going to the ``Summary'' node in Calc's Info file, then
34277 typing @kbd{M-x print-buffer} (@pxref{Summary}).
34278
34279 @ifnottex
34280 @example
34281
34282 @end example
34283 @end ifnottex
34284 @appendixsec Settings File
34285
34286 @noindent
34287 @vindex calc-settings-file
34288 Another variable you might want to set is @code{calc-settings-file},
34289 which holds the file name in which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P}
34290 store ``permanent'' definitions.  The default value for this variable
34291 is @code{"~/.emacs"}.  If @code{calc-settings-file} does not contain
34292 @code{".emacs"} as a substring, and if the variable
34293 @code{calc-loaded-settings-file} is @code{nil}, then Calc will
34294 automatically load your settings file (if it exists) the first time
34295 Calc is invoked.@refill
34296
34297 @ifnottex
34298 @example
34299
34300 @end example
34301 @end ifnottex
34302 @appendixsec Testing the Installation
34303
34304 @noindent
34305 To test your installation of Calc, start a new Emacs and type @kbd{M-# c}
34306 to make sure the autoloads and key bindings work.  Type @kbd{M-# i}
34307 to make sure Calc can find its Info documentation.  Press @kbd{q} to
34308 exit the Info system and @kbd{M-# c} to re-enter the Calculator.
34309 Type @kbd{20 S} to compute the sine of 20 degrees; this will test the
34310 autoloading of the extensions modules.  The result should be
34311 0.342020143326.  Finally, press @kbd{M-# c} again to make sure the
34312 Calculator can exit.
34313
34314 You may also wish to test the GNUPLOT interface; to plot a sine wave,
34315 type @kbd{' [0 ..@: 360], sin(x) RET g f}.  Type @kbd{g q} when you
34316 are done viewing the plot.
34317
34318 Calc is now ready to use.  If you wish to go through the Calc Tutorial,
34319 press @kbd{M-# t} to begin.
34320 @example
34321
34322 @end example
34323
34324 @noindent
34325 (The above text is included in both the Calc documentation and the
34326 file INSTALL in the Calc distribution directory.)
34327
34328 @node Reporting Bugs, Summary, Installation, Top
34329 @appendix Reporting Bugs
34330
34331 @noindent
34332 If you find a bug in Calc, send e-mail to Dave Gillespie,
34333
34334 @example
34335 daveg@@synaptics.com           @r{or}
34336 daveg@@csvax.cs.caltech.edu
34337 @end example
34338
34339 @noindent
34340 While I cannot guarantee that I will have time to work on your bug,
34341 I do try to fix bugs quickly whenever I can.
34342
34343 You can obtain a current version of Calc from anonymous FTP on
34344 @samp{csvax.cs.caltech.edu} in @samp{pub/calc-@var{version}.tar.Z}.
34345 Calc is also available on the GNU machine, @samp{prep.ai.mit.edu}.
34346 Patches are posted to the @samp{comp.sources.misc} Usenet group,
34347 and are also available on @code{csvax}.
34348
34349 There is an automatic @kbd{M-x report-calc-bug} command which helps
34350 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
34351 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
34352 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
34353 reporting a Calc bug; this command sends mail to my regular mailbox.
34354
34355 If you have suggestions for additional features for Calc, I would
34356 love to hear them.  Some have dared to suggest that Calc is already
34357 top-heavy with features; I really don't see what they're talking
34358 about, so, if you have ideas, send them right in.  (I may even have
34359 time to implement them!)
34360
34361 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
34362 future work which I have not had time to do.  If any enthusiastic souls
34363 wish to take it upon themselves to work on these, I would be delighted.
34364 Please let me know if you plan to contribute to Calc so I can coordinate
34365 your efforts with mine and those of others.  I will do my best to help
34366 you in whatever way I can.
34367
34368 @c [summary]
34369 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
34370 @appendix Calc Summary
34371
34372 @noindent
34373 This section includes a complete list of Calc 2.02 keystroke commands.
34374 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
34375 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
34376 and the result of the command (also with top-of-stack last).
34377 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
34378 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
34379 command name in that position.  Numbers preceding the result or
34380 command name refer to notes at the end.
34381
34382 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
34383 keystrokes are not listed in this summary.
34384 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
34385
34386 @iftex
34387 @begingroup
34388 @tex
34389 \vskip-2\baselineskip \null
34390 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
34391 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
34392 \leavevmode%
34393 \hbox to5em{\indsl\hss#1}%
34394 \hbox to5em{\ninett#2\hss}%
34395 \hbox to4em{\indsl#3\hss}%
34396 \hbox to5em{\indrm\hss#4}%
34397 \thinspace%
34398 {\ninett#5}%
34399 {\indsl#6}%
34400 }%
34401 \gdef\sumlpar{{\indrm(}}%
34402 \gdef\sumrpar{{\indrm)}}%
34403 \gdef\sumcomma{{\indrm,\thinspace}}%
34404 \gdef\sumexcl{{\indrm!}}%
34405 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
34406 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
34407 @end tex
34408 @let@:=@sumsep
34409 @let@r=@sumrow
34410 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
34411 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
34412 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
34413 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
34414 @end iftex
34415 @format
34416 @iftex
34417 @advance@baselineskip-2.5pt
34418 @let@tt@ninett
34419 @let@c@sumbreak
34420 @end iftex
34421 @r{       @:     M-# a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
34422 @r{       @:     M-# b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
34423 @r{       @:     M-# c  @:             @:        @:calc@:}
34424 @r{       @:     M-# d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
34425 @r{       @:     M-# e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
34426 @r{       @:     M-# f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
34427 @r{       @:     M-# g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
34428 @r{       @:     M-# i  @:             @:        @:calc-info@:}
34429 @r{       @:     M-# j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
34430 @r{       @:     M-# k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
34431 @r{       @:     M-# l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
34432 @r{       @:     M-# m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
34433 @r{       @:     M-# n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
34434 @r{       @:     M-# o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
34435 @r{       @:     M-# p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
34436 @r{       @:     M-# q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
34437 @r{       @:     M-# r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
34438 @r{       @:     M-# s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
34439 @r{       @:     M-# t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
34440 @r{       @:     M-# u  @:             @:        @:calc-embedded-update@:}
34441 @r{       @:     M-# w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
34442 @r{       @:     M-# x  @:             @:        @:calc-quit@:}
34443 @r{       @:     M-# y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
34444 @r{       @:     M-# z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
34445 @r{       @:     M-# :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
34446 @r{       @:     M-# _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
34447 @r{       @:     M-# `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
34448 @r{       @:     M-# 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
34449  
34450 @c 
34451 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
34452 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
34453 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
34454 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
34455 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@t{#}number}
34456 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
34457 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
34458 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
34459 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
34460
34461 @c 
34462 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
34463 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
34464 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
34465  
34466 @c 
34467 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
34468 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
34469 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
34470 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
34471 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
34472 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
34473 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
34474 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
34475 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
34476 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
34477 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
34478 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
34479 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
34480 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
34481 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
34482 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
34483 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
34484  
34485 @c 
34486 @r{  ... a@:      RET   @:             @:     1  @:@:... a a}
34487 @r{  ... a@:      SPC   @:             @:     1  @:@:... a a}
34488 @r{... a b@:      TAB   @:             @:     3  @:@:... b a}
34489 @r{. a b c@:      M-TAB @:             @:     3  @:@:... b c a}
34490 @r{... a b@:      LFD   @:             @:     1  @:@:... a b a}
34491 @r{  ... a@:      DEL   @:             @:     1  @:@:...}
34492 @r{... a b@:      M-DEL @:             @:     1  @:@:... b}
34493 @r{       @:      M-RET @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
34494 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
34495  
34496 @c 
34497 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
34498 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
34499 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
34500 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
34501 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
34502 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
34503 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
34504  
34505 @c 
34506 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
34507 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
34508 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
34509 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
34510 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
34511 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
34512 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
34513
34514 @c 
34515 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
34516 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
34517 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
34518 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
34519 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
34520 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
34521  
34522 @c 
34523 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
34524 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
34525 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
34526 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
34527 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
34528 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
34529 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
34530  
34531 @c 
34532 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
34533 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
34534 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
34535 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
34536 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
34537 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
34538 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
34539 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
34540 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
34541 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
34542 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
34543 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
34544 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
34545 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
34546 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
34547 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
34548 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
34549 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
34550 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
34551 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
34552 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
34553 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
34554 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
34555 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
34556 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
34557 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
34558 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
34559 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
34560 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
34561 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
34562 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
34563 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
34564 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
34565 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
34566 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
34567 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
34568 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
34569 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
34570 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
34571 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
34572 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
34573 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
34574 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
34575 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
34576  
34577 @c 
34578 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
34579 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
34580 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
34581 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
34582 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
34583 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
34584 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
34585 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
34586 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
34587 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
34588 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
34589 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
34590 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
34591  
34592 @c 
34593 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
34594 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
34595 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
34596 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
34597  
34598 @c 
34599 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
34600 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
34601 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
34602 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
34603  
34604 @c 
34605 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
34606 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
34607 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
34608 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
34609 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
34610 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
34611 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
34612 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
34613 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
34614 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
34615 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
34616 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
34617 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
34618 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
34619 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
34620 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
34621 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
34622 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
34623 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
34624 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
34625  
34626 @c 
34627 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
34628 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
34629 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
34630 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
34631 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
34632 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
34633 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
34634 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
34635 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
34636 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
34637 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
34638 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
34639 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
34640 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
34641 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
34642 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
34643 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
34644 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
34645 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
34646  
34647 @c 
34648 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
34649 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
34650 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
34651 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
34652 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
34653 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
34654 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
34655 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
34656 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
34657 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
34658 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
34659 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
34660 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
34661 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
34662 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
34663  
34664 @c 
34665 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
34666 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
34667 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
34668 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
34669 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
34670 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
34671 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
34672 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
34673 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
34674 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
34675 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
34676 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
34677 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
34678 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
34679 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
34680 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
34681 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
34682 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
34683 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
34684 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
34685 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
34686 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
34687 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
34688
34689 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
34690 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
34691 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
34692 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
34693  
34694 @c 
34695 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
34696 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
34697 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
34698 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
34699 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
34700 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
34701 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
34702 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
34703 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
34704 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
34705 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
34706  
34707 @c 
34708 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
34709 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
34710  
34711 @c 
34712 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
34713  
34714 @c 
34715 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
34716 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
34717 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
34718 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
34719 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
34720 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
34721 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
34722 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
34723 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
34724 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
34725 @r{       @:      d SPC @:             @:        @:calc-refresh@:}
34726 @r{       @:      d RET @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
34727  
34728 @c 
34729 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
34730 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
34731 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
34732 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
34733  
34734 @c 
34735 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
34736 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
34737 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
34738 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
34739 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
34740 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
34741 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
34742 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
34743 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
34744 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
34745 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
34746 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
34747 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
34748 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
34749 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
34750 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
34751 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
34752 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
34753  
34754 @c 
34755 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
34756 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
34757 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
34758 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
34759 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
34760 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
34761 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
34762 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
34763 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
34764 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
34765 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
34766  
34767 @c 
34768 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
34769 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
34770  
34771 @c 
34772 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
34773 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
34774 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
34775 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
34776 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
34777 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
34778 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
34779 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
34780 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
34781 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
34782 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
34783 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
34784  
34785 @c 
34786 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
34787 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
34788 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
34789 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
34790 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
34791 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
34792 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
34793 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
34794 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
34795 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
34796 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
34797 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
34798 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
34799 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
34800 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
34801 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
34802 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
34803  
34804 @c 
34805 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
34806 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
34807 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
34808 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
34809 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
34810 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
34811 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
34812 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
34813 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
34814 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
34815 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
34816 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
34817 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
34818 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
34819 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
34820 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
34821 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
34822 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
34823 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
34824  
34825 @c 
34826 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
34827 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
34828 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
34829 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
34830 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
34831 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
34832 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
34833 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
34834 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
34835 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
34836 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
34837 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
34838 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
34839 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
34840 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
34841 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
34842  
34843 @c 
34844 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
34845 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
34846 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
34847  
34848 @c 
34849 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
34850 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
34851 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
34852 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
34853 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
34854 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
34855 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
34856 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
34857 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
34858 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
34859  
34860 @c 
34861 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
34862 @r{       @:      j RET @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
34863 @r{       @:      j DEL @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
34864 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
34865 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
34866 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
34867  
34868 @c 
34869 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
34870 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
34871 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
34872 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
34873 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
34874  
34875 @c 
34876 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
34877 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
34878 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
34879 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
34880 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
34881 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
34882 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
34883 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
34884 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
34885 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
34886 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
34887 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
34888 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
34889 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
34890  
34891 @c 
34892 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
34893 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
34894 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
34895 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
34896 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
34897 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
34898 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
34899 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
34900 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
34901 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
34902 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
34903 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
34904  
34905 @c 
34906 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
34907 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
34908 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
34909 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
34910 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
34911 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
34912 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
34913 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
34914 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
34915 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
34916 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
34917 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
34918 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
34919 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
34920 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
34921 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
34922 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
34923 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
34924 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
34925 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
34926  
34927 @c 
34928 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
34929 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
34930 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
34931 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
34932 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
34933 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
34934 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
34935 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
34936 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
34937 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
34938 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
34939 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
34940 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
34941  
34942 @c 
34943 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
34944 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
34945 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
34946 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
34947 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
34948 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
34949 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
34950 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
34951 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
34952 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
34953 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
34954 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
34955 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
34956 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
34957  
34958 @c 
34959 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
34960 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
34961 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
34962 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
34963 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
34964 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
34965 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
34966 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
34967 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
34968 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
34969 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
34970  
34971 @c 
34972 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
34973 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
34974 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
34975 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
34976 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
34977 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
34978 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
34979 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
34980 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
34981 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
34982 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
34983 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
34984 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
34985 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
34986 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
34987 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
34988  
34989 @c 
34990 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
34991 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
34992 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
34993 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
34994 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
34995 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
34996 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
34997 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
34998 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
34999 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
35000 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
35001 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
35002 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
35003  
35004 @c 
35005 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
35006 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
35007 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
35008 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
35009 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
35010 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
35011 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
35012 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
35013 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
35014 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @t{:=} b}
35015 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @t{=>}}
35016  
35017 @c 
35018 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
35019 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
35020 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
35021 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
35022 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
35023  
35024 @c 
35025 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
35026 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
35027 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
35028 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
35029 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
35030 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
35031 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
35032 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
35033 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
35034 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
35035 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
35036 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
35037 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
35038  
35039 @c 
35040 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35041 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35042 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
35043 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
35044 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
35045 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
35046 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
35047 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
35048 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
35049 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
35050 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
35051 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
35052 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
35053 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
35054 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
35055 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
35056 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
35057 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
35058 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
35059  
35060 @c 
35061 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
35062 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
35063  
35064 @c 
35065 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
35066 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
35067 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
35068 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
35069 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
35070 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
35071 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
35072 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
35073 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
35074 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
35075 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
35076 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
35077 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
35078 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
35079  
35080 @c 
35081 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
35082 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
35083 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
35084 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
35085 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
35086 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
35087 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
35088 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
35089 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
35090 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
35091 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
35092 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
35093 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
35094 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
35095 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
35096 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
35097  
35098 @c 
35099 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
35100 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
35101 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
35102  
35103 @c 
35104 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
35105 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
35106 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
35107 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
35108 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
35109 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
35110 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
35111 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
35112 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
35113 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
35114  
35115 @c 
35116 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
35117 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
35118 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
35119 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
35120 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
35121 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
35122  
35123 @c 
35124 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
35125  
35126 @c 
35127 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
35128 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
35129 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
35130 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
35131 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35132 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
35133 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
35134 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
35135 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
35136 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
35137 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
35138 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
35139 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
35140 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
35141 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
35142 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
35143 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
35144 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
35145 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
35146 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
35147 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
35148 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
35149 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
35150 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
35151 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35152 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
35153 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
35154 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
35155 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
35156 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
35157 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
35158 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
35159  
35160 @c 
35161 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
35162 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
35163 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
35164 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
35165 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
35166 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
35167 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
35168 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
35169 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
35170 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
35171 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
35172 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
35173 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
35174 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
35175 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
35176 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
35177 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
35178 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
35179 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
35180 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
35181 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
35182 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
35183 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
35184 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
35185 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
35186 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
35187 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
35188 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
35189  
35190 @c 
35191 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
35192  
35193 @c 
35194 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
35195  
35196 @c 
35197 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
35198 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
35199 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
35200 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
35201  
35202 @c 
35203 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
35204 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
35205 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
35206 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
35207 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
35208 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
35209 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
35210  
35211 @c 
35212 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
35213  
35214 @c 
35215 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
35216 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
35217 @r{      a@:      Z =   @:message      @:    28  @:calc-kbd-report@:}
35218 @r{       @:      Z #   @:prompt       @:        @:calc-kbd-query@:}
35219  
35220 @c 
35221 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
35222 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
35223 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
35224 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
35225 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
35226 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
35227 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
35228 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
35229 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
35230 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
35231 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
35232
35233 @end format
35234
35235 @noindent
35236 NOTES
35237
35238 @enumerate
35239 @c 1
35240 @item
35241 Positive prefix arguments apply to @cite{n} stack entries.
35242 Negative prefix arguments apply to the @cite{-n}th stack entry.
35243 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
35244 @kbd{M-DEL}, the meaning of the sign is reversed.)
35245
35246 @c 2
35247 @item
35248 Positive prefix arguments apply to @cite{n} stack entries.
35249 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
35250 and the next @cite{-n} stack entries.
35251
35252 @c 3
35253 @item
35254 Positive prefix arguments rotate top @cite{n} stack entries by one.
35255 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @cite{-n}.
35256 A prefix of zero reverses the entire stack.
35257
35258 @c 4
35259 @item
35260 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
35261
35262 @c 5
35263 @item
35264 Positive prefix arguments specify a precision @cite{p}.
35265 Negative prefix arguments reduce the current precision by @cite{-p}.
35266
35267 @c 6
35268 @item
35269 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
35270 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
35271
35272 @c 7
35273 @item
35274 A prefix argument specifies simplification level and depth.
35275 1=Default, 2=like @kbd{a s}, 3=like @kbd{a e}.
35276
35277 @c 8
35278 @item
35279 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
35280
35281 @c 9
35282 @item
35283 Positive prefix arguments specify a word size of @cite{w} bits, unsigned.
35284 Negative prefix arguments specify a word size of @cite{w} bits, signed.
35285
35286 @c 10
35287 @item
35288 Prefix arguments specify the shift amount @cite{n}.  The @cite{w} argument
35289 cannot be specified in the keyboard version of this command.
35290
35291 @c 11
35292 @item
35293 From the keyboard, @cite{d} is omitted and defaults to zero.
35294
35295 @c 12
35296 @item
35297 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
35298 prefix always clears the mode.
35299
35300 @c 13
35301 @item
35302 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
35303
35304 @c 14
35305 @item
35306 A prefix argument, if any, is used for @cite{m} instead of taking
35307 @cite{m} from the stack.  @cite{M} may take any of these values:
35308 @iftex
35309 {@advance@tableindent10pt
35310 @end iftex
35311 @table @asis
35312 @item Integer
35313 Random integer in the interval @cite{[0 .. m)}.
35314 @item Float
35315 Random floating-point number in the interval @cite{[0 .. m)}.
35316 @item 0.0
35317 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
35318 @item Error form
35319 Gaussian with specified mean and standard deviation.
35320 @item Interval
35321 Random integer or floating-point number in that interval.
35322 @item Vector
35323 Random element from the vector.
35324 @end table
35325 @iftex
35326 }
35327 @end iftex
35328
35329 @c 15
35330 @item
35331 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
35332 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
35333
35334 @c 16
35335 @item
35336 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
35337 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
35338
35339 @c 17
35340 @item
35341 A prefix argument specifies a day number (0-6, 0-31, or 0-366).
35342
35343 @c 18
35344 @item
35345 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
35346 the new units.
35347
35348 @c 19
35349 @item
35350 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
35351 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
35352
35353 @c 20
35354 @item
35355 With a prefix argument of 1, take a single @c{$N\times2$}
35356 @asis{Nx2} matrix from the
35357 stack instead of two separate data vectors.
35358
35359 @c 21
35360 @item
35361 The row or column number @cite{n} may be given as a numeric prefix
35362 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @cite{n}
35363 from the top of the stack.  If @cite{n} is a vector or interval,
35364 a subvector/submatrix of the input is created.
35365
35366 @c 22
35367 @item
35368 The @cite{op} prompt can be answered with the key sequence for the
35369 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
35370 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
35371 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
35372 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
35373 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
35374 last argument of the created function), or otherwise you will be
35375 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
35376 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
35377
35378 @c 23
35379 @item
35380 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
35381 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
35382 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
35383 entering @cite{op}; these modify the function name by adding the letter
35384 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
35385 or @code{d} for ``down.''
35386
35387 @c 24
35388 @item
35389 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
35390 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
35391 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
35392 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
35393 may be an integer or a vector of integers.
35394 @iftex
35395 {@advance@tableindent-20pt
35396 @end iftex
35397 @table @cite
35398 @item -1
35399 @var{(2)}  Rectangular complex number.
35400 @item -2
35401 @var{(2)}  Polar complex number.
35402 @item -3
35403 @var{(3)}  HMS form.
35404 @item -4
35405 @var{(2)}  Error form.
35406 @item -5
35407 @var{(2)}  Modulo form.
35408 @item -6
35409 @var{(2)}  Closed interval.
35410 @item -7
35411 @var{(2)}  Closed .. open interval.
35412 @item -8
35413 @var{(2)}  Open .. closed interval.
35414 @item -9
35415 @var{(2)}  Open interval.
35416 @item -10
35417 @var{(2)}  Fraction.
35418 @item -11
35419 @var{(2)}  Float with integer mantissa.
35420 @item -12
35421 @var{(2)}  Float with mantissa in @cite{[1 .. 10)}.
35422 @item -13
35423 @var{(1)}  Date form (using date numbers).
35424 @item -14
35425 @var{(3)}  Date form (using year, month, day).
35426 @item -15
35427 @var{(6)}  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
35428 @end table
35429 @iftex
35430 }
35431 @end iftex
35432
35433 @c 25
35434 @item
35435 A prefix argument specifies the size @cite{n} of the matrix.  With no
35436 prefix argument, @cite{n} is omitted and the size is inferred from
35437 the input vector.
35438
35439 @c 26
35440 @item
35441 The prefix argument specifies the starting position @cite{n} (default 1).
35442
35443 @c 27
35444 @item
35445 Cursor position within stack buffer affects this command.
35446
35447 @c 28
35448 @item
35449 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
35450
35451 @c 29
35452 @item
35453 Variable name may be a single digit or a full name.
35454
35455 @c 30
35456 @item
35457 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{M-# M-#} (or @kbd{C-c C-c},
35458 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or press
35459 @kbd{M-# x} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
35460 of the result of the edit.
35461
35462 @c 31
35463 @item
35464 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
35465
35466 @c 32
35467 @item
35468 Press this key a second time to cancel the prefix.
35469
35470 @c 33
35471 @item
35472 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
35473 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
35474
35475 @c 34
35476 @item
35477 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
35478 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
35479 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
35480 backward by that many lines.
35481
35482 @c 35
35483 @item
35484 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
35485 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
35486 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
35487 region between point and mark as a single formula.
35488
35489 @c 36
35490 @item
35491 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
35492 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
35493 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
35494 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
35495
35496 @c 37
35497 @item
35498 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
35499
35500 @c 38
35501 @item
35502 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
35503 later prompts by popping additional stack entries.
35504
35505 @c 39
35506 @item
35507 Answer for @cite{v} may also be of the form @cite{v = v_0} or
35508 @cite{v - v_0}.
35509
35510 @c 40
35511 @item
35512 With a positive prefix argument, stack contains many @cite{y}'s and one
35513 common @cite{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
35514 @cite{y}s and a common @cite{x}.  With a negative prefix, stack
35515 contains many @cite{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
35516 @cite{z} for @cite{y} and @cite{x,y} for @cite{x}.)
35517
35518 @c 41
35519 @item
35520 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
35521
35522 @c 42
35523 @item
35524 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
35525 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
35526
35527 @c 43
35528 @item
35529 With any prefix argument, set the default value instead of the
35530 value for this graph.
35531
35532 @c 44
35533 @item
35534 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
35535
35536 @c 45
35537 @item
35538 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
35539 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
35540 otherwise.
35541
35542 @c 46
35543 @item
35544 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
35545 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
35546 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
35547 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
35548 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
35549 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
35550 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
35551 to evaluate variables.@refill
35552
35553 @c 47
35554 @item
35555 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
35556 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
35557 assigns @c{$x \coloneq a-x$}
35558 @cite{x := a-x}.
35559
35560 @c 48
35561 @item
35562 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
35563 variables prompt with @cite{iv} or @cite{iv;pv} to specify
35564 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
35565 takes @i{N+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
35566 and a vector from the stack.
35567
35568 @c 49
35569 @item
35570 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
35571 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
35572
35573 @c 50
35574 @item
35575 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
35576 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
35577 entry, then restores the original setting of the mode.
35578
35579 @c 51
35580 @item
35581 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
35582 default 2D resolution.
35583
35584 @c 52
35585 @item
35586 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
35587 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
35588 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
35589 grabs the @var{n}th mode value only.
35590 @end enumerate
35591
35592 @iftex
35593 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
35594 @page
35595 @endgroup
35596 @end iftex
35597
35598
35599 @c [end-summary]
35600
35601 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
35602 @unnumbered Index of Key Sequences
35603
35604 @printindex ky
35605
35606 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
35607 @unnumbered Index of Calculator Commands
35608
35609 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
35610 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
35611 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
35612 @kbd{M-x calc-last-args}.
35613
35614 @printindex pg
35615
35616 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
35617 @unnumbered Index of Algebraic Functions
35618
35619 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
35620 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
35621 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
35622 @iftex
35623 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
35624 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
35625 @end iftex
35626
35627 @printindex tp
35628
35629 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
35630 @unnumbered Concept Index
35631
35632 @printindex cp
35633
35634 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
35635 @unnumbered Index of Variables
35636
35637 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
35638 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
35639 corresponding Lisp variable.
35640
35641 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
35642 in your @file{.emacs} file.
35643
35644 @printindex vr
35645
35646 @node Lisp Function Index, , Variable Index, Top
35647 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
35648
35649 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
35650 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
35651 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
35652 @samp{math-}.
35653
35654 @printindex fn
35655
35656 @summarycontents
35657
35658 @c [end]
35659
35660 @contents
35661 @bye
35662
35663