]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - doc/tutorial/ginac.texi
documentation update
[ginac.git] / doc / tutorial / ginac.texi
index dcee9335e90270ccbc2ff045e7f792f9d258faa4..98033e40767d1914fc7f8fded5e5a99f4a4127a5 100644 (file)
@@ -931,10 +931,22 @@ int main()
     numeric trott("1.0841015122311136151E-2");
     
     std::cout << two*p << std::endl;  // floating point 6.283...
+    ...
+@end example
+
+@cindex @code{I}
+@cindex complex numbers
+The imaginary unit in GiNaC is a predefined @code{numeric} object with the
+name @code{I}:
+
+@example
+    ...
+    numeric z1 = 2-3*I;                    // exact complex number 2-3i
+    numeric z2 = 5.9+1.6*I;                // complex floating point number
 @}
 @end example
 
-It may be tempting to construct numbers writing @code{numeric r(3/2)}.
+It may be tempting to construct fractions by writing @code{numeric r(3/2)}.
 This would, however, call C's built-in operator @code{/} for integers
 first and result in a numeric holding a plain integer 1.  @strong{Never
 use the operator @code{/} on integers} unless you know exactly what you
@@ -1342,21 +1354,31 @@ second one in the range 0@dots{}@math{n-1}.
 There are a couple of ways to construct matrices, with or without preset
 elements:
 
+@cindex @code{lst_to_matrix()}
+@cindex @code{diag_matrix()}
+@cindex @code{unit_matrix()}
+@cindex @code{symbolic_matrix()}
 @example
 matrix::matrix(unsigned r, unsigned c);
 matrix::matrix(unsigned r, unsigned c, const lst & l);
 ex lst_to_matrix(const lst & l);
 ex diag_matrix(const lst & l);
+ex unit_matrix(unsigned x);
+ex unit_matrix(unsigned r, unsigned c);
+ex symbolic_matrix(unsigned r, unsigned c, const string & base_name);
+ex symbolic_matrix(unsigned r, unsigned c, const string & base_name, const string & tex_base_name);
 @end example
 
 The first two functions are @code{matrix} constructors which create a matrix
 with @samp{r} rows and @samp{c} columns. The matrix elements can be
 initialized from a (flat) list of expressions @samp{l}. Otherwise they are
 all set to zero. The @code{lst_to_matrix()} function constructs a matrix
-from a list of lists, each list representing a matrix row. Finally,
-@code{diag_matrix()} constructs a diagonal matrix given the list of diagonal
-elements. Note that the last two functions return expressions, not matrix
-objects.
+from a list of lists, each list representing a matrix row. @code{diag_matrix()}
+constructs a diagonal matrix given the list of diagonal elements.
+@code{unit_matrix()} creates an @samp{x} by @samp{x} (or @samp{r} by @samp{c})
+unit matrix. And finally, @code{symbolic_matrix} constructs a matrix filled
+with newly generated symbols made of the specified base name and the
+position of each element in the matrix.
 
 Matrix elements can be accessed and set using the parenthesis (function call)
 operator:
@@ -1370,27 +1392,32 @@ It is also possible to access the matrix elements in a linear fashion with
 the @code{op()} method. But C++-style subscripting with square brackets
 @samp{[]} is not available.
 
-Here are a couple of examples that all construct the same 2x2 diagonal
-matrix:
+Here are a couple of examples of constructing matrices:
 
 @example
 @{
     symbol a("a"), b("b");
-    ex e;
 
     matrix M(2, 2);
     M(0, 0) = a;
     M(1, 1) = b;
-    e = M;
-
-    e = matrix(2, 2, lst(a, 0, 0, b));
+    cout << M << endl;
+     // -> [[a,0],[0,b]]
 
-    e = lst_to_matrix(lst(lst(a, 0), lst(0, b)));
+    cout << matrix(2, 2, lst(a, 0, 0, b)) << endl;
+     // -> [[a,0],[0,b]]
 
-    e = diag_matrix(lst(a, b));
+    cout << lst_to_matrix(lst(lst(a, 0), lst(0, b))) << endl;
+     // -> [[a,0],[0,b]]
 
-    cout << e << endl;
+    cout << diag_matrix(lst(a, b)) << endl;
      // -> [[a,0],[0,b]]
+
+    cout << unit_matrix(3) << endl;
+     // -> [[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]]
+
+    cout << symbolic_matrix(2, 3, "x") << endl;
+     // -> [[x00,x01,x02],[x10,x11,x12]]
 @}
 @end example
 
@@ -1480,6 +1507,9 @@ general.
 The @code{matrix} class provides a couple of additional methods for
 computing determinants, traces, and characteristic polynomials:
 
+@cindex @code{determinant()}
+@cindex @code{trace()}
+@cindex @code{charpoly()}
 @example
 ex matrix::determinant(unsigned algo = determinant_algo::automatic) const;
 ex matrix::trace(void) const;
@@ -1866,9 +1896,9 @@ indices into a canonical order which allows for some immediate simplifications:
      // -> 2*A.j.i
     cout << indexed(B, sy_anti(), i, j)
           + indexed(B, sy_anti(), j, i) << endl;
-     // -> -B.j.i
+     // -> 0
     cout << indexed(B, sy_anti(), i, j, k)
-          + indexed(B, sy_anti(), j, i, k) << endl;
+          - indexed(B, sy_anti(), j, k, i) << endl;
      // -> 0
     ...
 @end example
@@ -1883,8 +1913,8 @@ not dummy indices are called @dfn{free indices}. Numeric indices are neither
 dummy nor free indices.
 
 To be recognized as a dummy index pair, the two indices must be of the same
-class and dimension and their value must be the same single symbol (an index
-like @samp{2*n+1} is never a dummy index). If the indices are of class
+class and their value must be the same single symbol (an index like
+@samp{2*n+1} is never a dummy index). If the indices are of class
 @code{varidx} they must also be of opposite variance; if they are of class
 @code{spinidx} they must be both dotted or both undotted.
 
@@ -2369,28 +2399,29 @@ ex dirac_ONE(unsigned char rl = 0);
 multiples of the unity element, even though it's customary to omit it.
 E.g. instead of @code{dirac_gamma(mu)*(dirac_slash(q,4)+m)} you have to
 write @code{dirac_gamma(mu)*(dirac_slash(q,4)+m*dirac_ONE())}. Otherwise,
-GiNaC may produce incorrect results.
+GiNaC will complain and/or produce incorrect results.
 
 @cindex @code{dirac_gamma5()}
-There's a special element @samp{gamma5} that commutes with all other
-gammas and in 4 dimensions equals @samp{gamma~0 gamma~1 gamma~2 gamma~3},
-provided by
+There is a special element @samp{gamma5} that commutes with all other
+gammas, has a unit square, and in 4 dimensions equals
+@samp{gamma~0 gamma~1 gamma~2 gamma~3}, provided by
 
 @example
 ex dirac_gamma5(unsigned char rl = 0);
 @end example
 
-@cindex @code{dirac_gamma6()}
-@cindex @code{dirac_gamma7()}
-The two additional functions
+@cindex @code{dirac_gammaL()}
+@cindex @code{dirac_gammaR()}
+The chiral projectors @samp{(1+/-gamma5)/2} are also available as proper
+objects, constructed by
 
 @example
-ex dirac_gamma6(unsigned char rl = 0);
-ex dirac_gamma7(unsigned char rl = 0);
+ex dirac_gammaL(unsigned char rl = 0);
+ex dirac_gammaR(unsigned char rl = 0);
 @end example
 
-return @code{dirac_ONE(rl) + dirac_gamma5(rl)} and @code{dirac_ONE(rl) - dirac_gamma5(rl)},
-respectively.
+They observe the relations @samp{gammaL^2 = gammaL}, @samp{gammaR^2 = gammaR},
+and @samp{gammaL gammaR = gammaR gammaL = 0}.
 
 @cindex @code{dirac_slash()}
 Finally, the function
@@ -2405,9 +2436,11 @@ with a unique index whose dimension is given by the @code{dim} argument).
 Such slashed expressions are printed with a trailing backslash, e.g. @samp{e\}.
 
 In products of dirac gammas, superfluous unity elements are automatically
-removed, squares are replaced by their values and @samp{gamma5} is
-anticommuted to the front. The @code{simplify_indexed()} function performs
-contractions in gamma strings, for example
+removed, squares are replaced by their values, and @samp{gamma5}, @samp{gammaL}
+and @samp{gammaR} are moved to the front.
+
+The @code{simplify_indexed()} function performs contractions in gamma strings,
+for example
 
 @example
 @{
@@ -3191,11 +3224,11 @@ Some examples:
 b^3+a^3+(x+y)^3
 > subs(a^4+b^4+(x+y)^4,$1^2==$1^3);
 b^4+a^4+(x+y)^4
-> subs((a+b+c)^2,a+b=x);
+> subs((a+b+c)^2,a+b==x);
 (a+b+c)^2
 > subs((a+b+c)^2,a+b+$1==x+$1);
 (x+c)^2
-> subs(a+2*b,a+b=x);
+> subs(a+2*b,a+b==x);
 a+2*b
 > subs(4*x^3-2*x^2+5*x-1,x==a);
 -1+5*a-2*a^2+4*a^3
@@ -3443,9 +3476,34 @@ int ex::degree(const ex & s);
 int ex::ldegree(const ex & s);
 @end example
 
-which also work reliably on non-expanded input polynomials (they even work
-on rational functions, returning the asymptotic degree). To extract
-a coefficient with a certain power from an expanded polynomial you use
+These functions only work reliably if the input polynomial is collected in
+terms of the object @samp{s}. Otherwise, they are only guaranteed to return
+the upper/lower bounds of the exponents. If you need accurate results, you
+have to call @code{expand()} and/or @code{collect()} on the input polynomial.
+For example
+
+@example
+> a=(x+1)^2-x^2;
+(1+x)^2-x^2;
+> degree(a,x);
+2
+> degree(expand(a),x);
+1
+@end example
+
+@code{degree()} also works on rational functions, returning the asymptotic
+degree:
+
+@example
+> degree((x+1)/(x^3+1),x);
+-2
+@end example
+
+If the input is not a polynomial or rational function in the variable @samp{s},
+the behavior of @code{degree()} and @code{ldegree()} is undefined.
+
+To extract a coefficient with a certain power from an expanded
+polynomial you use
 
 @example
 ex ex::coeff(const ex & s, int n);
@@ -3861,14 +3919,14 @@ Only calling the series method makes the last output simplify to
 @math{1-v^2/c^2+O(v^10)}, without that call we would just have a long
 series raised to the power @math{-2}.
 
-@cindex M@'echain's formula
+@cindex Machin's formula
 As another instructive application, let us calculate the numerical 
 value of Archimedes' constant
 @tex
 $\pi$
 @end tex
 (for which there already exists the built-in constant @code{Pi}) 
-using M@'echain's amazing formula
+using Machin's amazing formula
 @tex
 $\pi=16$~atan~$\!\left(1 \over 5 \right)-4$~atan~$\!\left(1 \over 239 \right)$.
 @end tex
@@ -3886,7 +3944,7 @@ the order term off:
 #include <ginac/ginac.h>
 using namespace GiNaC;
 
-ex mechain_pi(int degr)
+ex machin_pi(int degr)
 @{
     symbol x;
     ex pi_expansion = series_to_poly(atan(x).series(x,degr));
@@ -3901,7 +3959,7 @@ int main()
     using std::endl;  // ...dealing with this namespace std.
     ex pi_frac;
     for (int i=2; i<12; i+=2) @{
-        pi_frac = mechain_pi(i);
+        pi_frac = machin_pi(i);
         cout << i << ":\t" << pi_frac << endl
              << "\t" << pi_frac.evalf() << endl;
     @}
@@ -4261,19 +4319,22 @@ and have the @samp{x} and @samp{y} correspond to the symbols @code{x} and
 desired symbols to the @code{>>} stream input operator.
 
 Instead, GiNaC lets you construct an expression from a string, specifying the
-list of symbols to be used:
+list of symbols and indices to be used:
 
 @example
 @{
-    symbol x("x"), y("y");
-    ex e("2*x+sin(y)", lst(x, y));
+    symbol x("x"), y("y"), p("p");
+    idx i(symbol("i"), 3);
+    ex e("2*x+sin(y)+p.i", lst(x, y, p, i));
 @}
 @end example
 
 The input syntax is the same as that used by @command{ginsh} and the stream
-output operator @code{<<}. The symbols in the string are matched by name to
-the symbols in the list and if GiNaC encounters a symbol not specified in
-the list it will throw an exception.
+output operator @code{<<}. The symbols and indices in the string are matched
+by name to the symbols and indices in the list and if GiNaC encounters a
+symbol or index not specified in the list it will throw an exception. Only
+indices whose values are single symbols can be used (i.e. numeric indices
+or compound indices as in "A.(2*n+1)" are not allowed).
 
 With this constructor, it's also easy to implement interactive GiNaC programs: