[BACK]Return to e_jn.c CVS log [TXT][DIR] Up to [cvs.NetBSD.org] / src / lib / libm / src

Annotation of src/lib/libm/src/e_jn.c, Revision 1.8

1.1       jtc         1: /* @(#)e_jn.c 5.1 93/09/24 */
                      2: /*
                      3:  * ====================================================
                      4:  * Copyright (C) 1993 by Sun Microsystems, Inc. All rights reserved.
                      5:  *
                      6:  * Developed at SunPro, a Sun Microsystems, Inc. business.
                      7:  * Permission to use, copy, modify, and distribute this
                      8:  * software is freely granted, provided that this notice
                      9:  * is preserved.
                     10:  * ====================================================
                     11:  */
1.3       jtc        12:
1.7       jtc        13: #if defined(LIBM_SCCS) && !defined(lint)
1.8     ! jtc        14: static char rcsid[] = "$Id: e_jn.c,v 1.7 1994/09/22 16:39:45 jtc Exp $";
1.3       jtc        15: #endif
1.1       jtc        16:
                     17: /*
                     18:  * __ieee754_jn(n, x), __ieee754_yn(n, x)
                     19:  * floating point Bessel's function of the 1st and 2nd kind
                     20:  * of order n
                     21:  *
                     22:  * Special cases:
                     23:  *     y0(0)=y1(0)=yn(n,0) = -inf with division by zero signal;
                     24:  *     y0(-ve)=y1(-ve)=yn(n,-ve) are NaN with invalid signal.
                     25:  * Note 2. About jn(n,x), yn(n,x)
                     26:  *     For n=0, j0(x) is called,
                     27:  *     for n=1, j1(x) is called,
                     28:  *     for n<x, forward recursion us used starting
                     29:  *     from values of j0(x) and j1(x).
                     30:  *     for n>x, a continued fraction approximation to
                     31:  *     j(n,x)/j(n-1,x) is evaluated and then backward
                     32:  *     recursion is used starting from a supposed value
                     33:  *     for j(n,x). The resulting value of j(0,x) is
                     34:  *     compared with the actual value to correct the
                     35:  *     supposed value of j(n,x).
                     36:  *
                     37:  *     yn(n,x) is similar in all respects, except
                     38:  *     that forward recursion is used for all
                     39:  *     values of n>1.
                     40:  *
                     41:  */
                     42:
1.5       jtc        43: #include "math.h"
                     44: #include "math_private.h"
1.1       jtc        45:
                     46: #ifdef __STDC__
                     47: static const double
                     48: #else
                     49: static double
                     50: #endif
                     51: invsqrtpi=  5.64189583547756279280e-01, /* 0x3FE20DD7, 0x50429B6D */
                     52: two   =  2.00000000000000000000e+00, /* 0x40000000, 0x00000000 */
                     53: one   =  1.00000000000000000000e+00; /* 0x3FF00000, 0x00000000 */
                     54:
1.5       jtc        55: #ifdef __STDC__
                     56: static const double zero  =  0.00000000000000000000e+00;
                     57: #else
1.1       jtc        58: static double zero  =  0.00000000000000000000e+00;
1.5       jtc        59: #endif
1.1       jtc        60:
                     61: #ifdef __STDC__
                     62:        double __ieee754_jn(int n, double x)
                     63: #else
                     64:        double __ieee754_jn(n,x)
                     65:        int n; double x;
                     66: #endif
                     67: {
1.6       jtc        68:        int32_t i,hx,ix,lx, sgn;
1.1       jtc        69:        double a, b, temp, di;
                     70:        double z, w;
                     71:
                     72:     /* J(-n,x) = (-1)^n * J(n, x), J(n, -x) = (-1)^n * J(n, x)
                     73:      * Thus, J(-n,x) = J(n,-x)
                     74:      */
1.5       jtc        75:        EXTRACT_WORDS(hx,lx,x);
1.1       jtc        76:        ix = 0x7fffffff&hx;
                     77:     /* if J(n,NaN) is NaN */
1.6       jtc        78:        if((ix|((u_int32_t)(lx|-lx))>>31)>0x7ff00000) return x+x;
1.1       jtc        79:        if(n<0){
                     80:                n = -n;
                     81:                x = -x;
                     82:                hx ^= 0x80000000;
                     83:        }
                     84:        if(n==0) return(__ieee754_j0(x));
                     85:        if(n==1) return(__ieee754_j1(x));
                     86:        sgn = (n&1)&(hx>>31);   /* even n -- 0, odd n -- sign(x) */
                     87:        x = fabs(x);
                     88:        if((ix|lx)==0||ix>=0x7ff00000)  /* if x is 0 or inf */
                     89:            b = zero;
                     90:        else if((double)n<=x) {
                     91:                /* Safe to use J(n+1,x)=2n/x *J(n,x)-J(n-1,x) */
                     92:            if(ix>=0x52D00000) { /* x > 2**302 */
                     93:     /* (x >> n**2)
                     94:      *     Jn(x) = cos(x-(2n+1)*pi/4)*sqrt(2/x*pi)
                     95:      *     Yn(x) = sin(x-(2n+1)*pi/4)*sqrt(2/x*pi)
                     96:      *     Let s=sin(x), c=cos(x),
                     97:      *         xn=x-(2n+1)*pi/4, sqt2 = sqrt(2),then
                     98:      *
                     99:      *            n    sin(xn)*sqt2    cos(xn)*sqt2
                    100:      *         ----------------------------------
                    101:      *            0     s-c             c+s
                    102:      *            1    -s-c            -c+s
                    103:      *            2    -s+c            -c-s
                    104:      *            3     s+c             c-s
                    105:      */
                    106:                switch(n&3) {
                    107:                    case 0: temp =  cos(x)+sin(x); break;
                    108:                    case 1: temp = -cos(x)+sin(x); break;
                    109:                    case 2: temp = -cos(x)-sin(x); break;
                    110:                    case 3: temp =  cos(x)-sin(x); break;
                    111:                }
                    112:                b = invsqrtpi*temp/sqrt(x);
                    113:            } else {
                    114:                a = __ieee754_j0(x);
                    115:                b = __ieee754_j1(x);
                    116:                for(i=1;i<n;i++){
                    117:                    temp = b;
                    118:                    b = b*((double)(i+i)/x) - a; /* avoid underflow */
                    119:                    a = temp;
                    120:                }
                    121:            }
                    122:        } else {
                    123:            if(ix<0x3e100000) { /* x < 2**-29 */
                    124:     /* x is tiny, return the first Taylor expansion of J(n,x)
                    125:      * J(n,x) = 1/n!*(x/2)^n  - ...
                    126:      */
                    127:                if(n>33)        /* underflow */
                    128:                    b = zero;
                    129:                else {
                    130:                    temp = x*0.5; b = temp;
                    131:                    for (a=one,i=2;i<=n;i++) {
                    132:                        a *= (double)i;         /* a = n! */
                    133:                        b *= temp;              /* b = (x/2)^n */
                    134:                    }
                    135:                    b = b/a;
                    136:                }
                    137:            } else {
                    138:                /* use backward recurrence */
                    139:                /*                      x      x^2      x^2
                    140:                 *  J(n,x)/J(n-1,x) =  ----   ------   ------   .....
                    141:                 *                      2n  - 2(n+1) - 2(n+2)
                    142:                 *
                    143:                 *                      1      1        1
                    144:                 *  (for large x)   =  ----  ------   ------   .....
                    145:                 *                      2n   2(n+1)   2(n+2)
                    146:                 *                      -- - ------ - ------ -
                    147:                 *                       x     x         x
                    148:                 *
                    149:                 * Let w = 2n/x and h=2/x, then the above quotient
                    150:                 * is equal to the continued fraction:
                    151:                 *                  1
                    152:                 *      = -----------------------
                    153:                 *                     1
                    154:                 *         w - -----------------
                    155:                 *                        1
                    156:                 *              w+h - ---------
                    157:                 *                     w+2h - ...
                    158:                 *
                    159:                 * To determine how many terms needed, let
                    160:                 * Q(0) = w, Q(1) = w(w+h) - 1,
                    161:                 * Q(k) = (w+k*h)*Q(k-1) - Q(k-2),
                    162:                 * When Q(k) > 1e4      good for single
                    163:                 * When Q(k) > 1e9      good for double
                    164:                 * When Q(k) > 1e17     good for quadruple
                    165:                 */
                    166:            /* determine k */
                    167:                double t,v;
1.6       jtc       168:                double q0,q1,h,tmp; int32_t k,m;
1.1       jtc       169:                w  = (n+n)/(double)x; h = 2.0/(double)x;
                    170:                q0 = w;  z = w+h; q1 = w*z - 1.0; k=1;
                    171:                while(q1<1.0e9) {
                    172:                        k += 1; z += h;
                    173:                        tmp = z*q1 - q0;
                    174:                        q0 = q1;
                    175:                        q1 = tmp;
                    176:                }
                    177:                m = n+n;
                    178:                for(t=zero, i = 2*(n+k); i>=m; i -= 2) t = one/(i/x-t);
                    179:                a = t;
                    180:                b = one;
                    181:                /*  estimate log((2/x)^n*n!) = n*log(2/x)+n*ln(n)
                    182:                 *  Hence, if n*(log(2n/x)) > ...
                    183:                 *  single 8.8722839355e+01
                    184:                 *  double 7.09782712893383973096e+02
                    185:                 *  long double 1.1356523406294143949491931077970765006170e+04
                    186:                 *  then recurrent value may overflow and the result is
                    187:                 *  likely underflow to zero
                    188:                 */
                    189:                tmp = n;
                    190:                v = two/x;
                    191:                tmp = tmp*__ieee754_log(fabs(v*tmp));
                    192:                if(tmp<7.09782712893383973096e+02) {
                    193:                    for(i=n-1,di=(double)(i+i);i>0;i--){
                    194:                        temp = b;
                    195:                        b *= di;
                    196:                        b  = b/x - a;
                    197:                        a = temp;
                    198:                        di -= two;
                    199:                    }
                    200:                } else {
                    201:                    for(i=n-1,di=(double)(i+i);i>0;i--){
                    202:                        temp = b;
                    203:                        b *= di;
                    204:                        b  = b/x - a;
                    205:                        a = temp;
                    206:                        di -= two;
                    207:                    /* scale b to avoid spurious overflow */
                    208:                        if(b>1e100) {
                    209:                            a /= b;
                    210:                            t /= b;
                    211:                            b  = one;
                    212:                        }
                    213:                    }
                    214:                }
                    215:                b = (t*__ieee754_j0(x)/b);
                    216:            }
                    217:        }
                    218:        if(sgn==1) return -b; else return b;
                    219: }
                    220:
                    221: #ifdef __STDC__
                    222:        double __ieee754_yn(int n, double x)
                    223: #else
                    224:        double __ieee754_yn(n,x)
                    225:        int n; double x;
                    226: #endif
                    227: {
1.6       jtc       228:        int32_t i,hx,ix,lx;
                    229:        int32_t sign;
1.1       jtc       230:        double a, b, temp;
                    231:
1.5       jtc       232:        EXTRACT_WORDS(hx,lx,x);
1.1       jtc       233:        ix = 0x7fffffff&hx;
                    234:     /* if Y(n,NaN) is NaN */
1.6       jtc       235:        if((ix|((u_int32_t)(lx|-lx))>>31)>0x7ff00000) return x+x;
1.1       jtc       236:        if((ix|lx)==0) return -one/zero;
                    237:        if(hx<0) return zero/zero;
                    238:        sign = 1;
                    239:        if(n<0){
                    240:                n = -n;
1.8     ! jtc       241:                sign = 1 - ((n&1)<<1);
1.1       jtc       242:        }
                    243:        if(n==0) return(__ieee754_y0(x));
                    244:        if(n==1) return(sign*__ieee754_y1(x));
                    245:        if(ix==0x7ff00000) return zero;
                    246:        if(ix>=0x52D00000) { /* x > 2**302 */
                    247:     /* (x >> n**2)
                    248:      *     Jn(x) = cos(x-(2n+1)*pi/4)*sqrt(2/x*pi)
                    249:      *     Yn(x) = sin(x-(2n+1)*pi/4)*sqrt(2/x*pi)
                    250:      *     Let s=sin(x), c=cos(x),
                    251:      *         xn=x-(2n+1)*pi/4, sqt2 = sqrt(2),then
                    252:      *
                    253:      *            n    sin(xn)*sqt2    cos(xn)*sqt2
                    254:      *         ----------------------------------
                    255:      *            0     s-c             c+s
                    256:      *            1    -s-c            -c+s
                    257:      *            2    -s+c            -c-s
                    258:      *            3     s+c             c-s
                    259:      */
                    260:                switch(n&3) {
                    261:                    case 0: temp =  sin(x)-cos(x); break;
                    262:                    case 1: temp = -sin(x)-cos(x); break;
                    263:                    case 2: temp = -sin(x)+cos(x); break;
                    264:                    case 3: temp =  sin(x)+cos(x); break;
                    265:                }
                    266:                b = invsqrtpi*temp/sqrt(x);
                    267:        } else {
1.6       jtc       268:            u_int32_t high;
1.1       jtc       269:            a = __ieee754_y0(x);
                    270:            b = __ieee754_y1(x);
                    271:        /* quit if b is -inf */
1.5       jtc       272:            GET_HIGH_WORD(high,b);
                    273:            for(i=1;i<n&&high!=0xfff00000;i++){
1.1       jtc       274:                temp = b;
                    275:                b = ((double)(i+i)/x)*b - a;
1.5       jtc       276:                GET_HIGH_WORD(high,b);
1.1       jtc       277:                a = temp;
                    278:            }
                    279:        }
                    280:        if(sign>0) return b; else return -b;
                    281: }

CVSweb <webmaster@jp.NetBSD.org>