]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/inifcns_gamma.cpp
- Made determinant_algo (in flags.h) really work.
[ginac.git] / ginac / inifcns_gamma.cpp
index 9e1b48f4d75bf106a184e5a1b2285dbb2d21ec59..aa1cab4c1f365f8edca64acbc80195d8804647a9 100644 (file)
@@ -56,18 +56,17 @@ static ex lgamma_evalf(const ex & x)
  *  Knows about integer arguments and that's it.  Somebody ought to provide
  *  some good numerical evaluation some day...
  *
- *  @exception std::domain_error("lgamma_eval(): simple pole") */
+ *  @exception GiNaC::pole_error("lgamma_eval(): logarithmic pole",0) */
 static ex lgamma_eval(const ex & x)
 {
     if (x.info(info_flags::numeric)) {
         // trap integer arguments:
         if (x.info(info_flags::integer)) {
             // lgamma(n) -> log((n-1)!) for postitive n
-            if (x.info(info_flags::posint)) {
+            if (x.info(info_flags::posint))
                 return log(factorial(x.exadd(_ex_1())));
-            } else {
-                throw (std::domain_error("lgamma_eval(): logarithmic pole"));
-            }
+            else
+                throw (pole_error("lgamma_eval(): logarithmic pole",0));
         }
         //  lgamma_evalf should be called here once it becomes available
     }
@@ -84,11 +83,37 @@ static ex lgamma_deriv(const ex & x, unsigned deriv_param)
     return psi(x);
 }
 
-// need to implement lgamma_series.
+
+static ex lgamma_series(const ex & arg,
+                        const relational & rel,
+                        int order,
+                        unsigned options)
+{
+    // method:
+    // Taylor series where there is no pole falls back to psi function
+    // evaluation.
+    // On a pole at -m we could use the recurrence relation
+    //   lgamma(x) == lgamma(x+1)-log(x)
+    // from which follows
+    //   series(lgamma(x),x==-m,order) ==
+    //   series(lgamma(x+m+1)-log(x)...-log(x+m)),x==-m,order);
+    const ex arg_pt = arg.subs(rel);
+    if (!arg_pt.info(info_flags::integer) || arg_pt.info(info_flags::positive))
+        throw do_taylor();  // caught by function::series()
+    // if we got here we have to care for a simple pole of tgamma(-m):
+    numeric m = -ex_to_numeric(arg_pt);
+    ex recur;
+    for (numeric p; p<=m; ++p)
+        recur += log(arg+p);
+    cout << recur << endl;
+    return (lgamma(arg+m+_ex1())-recur).series(rel, order, options);
+}
+
 
 REGISTER_FUNCTION(lgamma, eval_func(lgamma_eval).
                           evalf_func(lgamma_evalf).
-                          derivative_func(lgamma_deriv));
+                          derivative_func(lgamma_deriv).
+                          series_func(lgamma_series));
 
 
 //////////
@@ -109,7 +134,7 @@ static ex tgamma_evalf(const ex & x)
  *  arguments, half-integer arguments and that's it. Somebody ought to provide
  *  some good numerical evaluation some day...
  *
- *  @exception std::domain_error("tgamma_eval(): simple pole") */
+ *  @exception pole_error("tgamma_eval(): simple pole",0) */
 static ex tgamma_eval(const ex & x)
 {
     if (x.info(info_flags::numeric)) {
@@ -119,7 +144,7 @@ static ex tgamma_eval(const ex & x)
             if (x.info(info_flags::posint)) {
                 return factorial(ex_to_numeric(x).sub(_num1()));
             } else {
-                throw (std::domain_error("tgamma_eval(): simple pole"));
+                throw (pole_error("tgamma_eval(): simple pole",1));
             }
         }
         // trap half integer arguments:
@@ -156,7 +181,10 @@ static ex tgamma_deriv(const ex & x, unsigned deriv_param)
 }
 
 
-static ex tgamma_series(const ex & x, const relational & r, int order)
+static ex tgamma_series(const ex & arg,
+                        const relational & rel,
+                        int order,
+                        unsigned options)
 {
     // method:
     // Taylor series where there is no pole falls back to psi function
@@ -164,17 +192,17 @@ static ex tgamma_series(const ex & x, const relational & r, int order)
     // On a pole at -m use the recurrence relation
     //   tgamma(x) == tgamma(x+1) / x
     // from which follows
-    //   series(tgamma(x),x,-m,order) ==
-    //   series(tgamma(x+m+1)/(x*(x+1)*...*(x+m)),x,-m,order+1);
-    const ex x_pt = x.subs(r);
-    if (!x_pt.info(info_flags::integer) || x_pt.info(info_flags::positive))
+    //   series(tgamma(x),x==-m,order) ==
+    //   series(tgamma(x+m+1)/(x*(x+1)*...*(x+m)),x==-m,order+1);
+    const ex arg_pt = arg.subs(rel);
+    if (!arg_pt.info(info_flags::integer) || arg_pt.info(info_flags::positive))
         throw do_taylor();  // caught by function::series()
     // if we got here we have to care for a simple pole at -m:
-    numeric m = -ex_to_numeric(x_pt);
+    numeric m = -ex_to_numeric(arg_pt);
     ex ser_denom = _ex1();
     for (numeric p; p<=m; ++p)
-        ser_denom *= x+p;
-    return (tgamma(x+m+_ex1())/ser_denom).series(r, order+1);
+        ser_denom *= arg+p;
+    return (tgamma(arg+m+_ex1())/ser_denom).series(rel, order+1, options);
 }
 
 
@@ -213,13 +241,13 @@ static ex beta_eval(const ex & x, const ex & y)
                 if (nx<=-ny)
                     return pow(_num_1(), ny)*beta(1-x-y, y);
                 else
-                    throw (std::domain_error("beta_eval(): simple pole"));
+                    throw (pole_error("beta_eval(): simple pole",1));
             }
             if (ny.is_negative()) {
                 if (ny<=-nx)
                     return pow(_num_1(), nx)*beta(1-y-x, x);
                 else
-                    throw (std::domain_error("beta_eval(): simple pole"));
+                    throw (pole_error("beta_eval(): simple pole",1));
             }
             return tgamma(x)*tgamma(y)/tgamma(x+y);
         }
@@ -251,38 +279,41 @@ static ex beta_deriv(const ex & x, const ex & y, unsigned deriv_param)
 }
 
 
-static ex beta_series(const ex & x, const ex & y, const relational & r, int order)
+static ex beta_series(const ex & arg1,
+                      const ex & arg2,
+                      const relational & rel,
+                      int order,
+                      unsigned options)
 {
     // method:
     // Taylor series where there is no pole of one of the tgamma functions
     // falls back to beta function evaluation.  Otherwise, fall back to
     // tgamma series directly.
-    // FIXME: this could need some testing, maybe it's wrong in some cases?
-    const ex x_pt = x.subs(r);
-    const ex y_pt = y.subs(r);
-    GINAC_ASSERT(is_ex_exactly_of_type(r.lhs(),symbol));
-    const symbol *s = static_cast<symbol *>(r.lhs().bp);
-    ex x_ser, y_ser, xy_ser;
-    if ((!x_pt.info(info_flags::integer) || x_pt.info(info_flags::positive)) &&
-        (!y_pt.info(info_flags::integer) || y_pt.info(info_flags::positive)))
+    const ex arg1_pt = arg1.subs(rel);
+    const ex arg2_pt = arg2.subs(rel);
+    GINAC_ASSERT(is_ex_exactly_of_type(rel.lhs(),symbol));
+    const symbol *s = static_cast<symbol *>(rel.lhs().bp);
+    ex arg1_ser, arg2_ser, arg1arg2_ser;
+    if ((!arg1_pt.info(info_flags::integer) || arg1_pt.info(info_flags::positive)) &&
+        (!arg2_pt.info(info_flags::integer) || arg2_pt.info(info_flags::positive)))
         throw do_taylor();  // caught by function::series()
-    // trap the case where x is on a pole directly:
-    if (x.info(info_flags::integer) && !x.info(info_flags::positive))
-        x_ser = tgamma(x+*s).series(r,order);
+    // trap the case where arg1 is on a pole:
+    if (arg1.info(info_flags::integer) && !arg1.info(info_flags::positive))
+        arg1_ser = tgamma(arg1+*s).series(rel, order, options);
     else
-        x_ser = tgamma(x).series(r,order);
-    // trap the case where y is on a pole directly:
-    if (y.info(info_flags::integer) && !y.info(info_flags::positive))
-        y_ser = tgamma(y+*s).series(r,order);
+        arg1_ser = tgamma(arg1).series(rel,order);
+    // trap the case where arg2 is on a pole:
+    if (arg2.info(info_flags::integer) && !arg2.info(info_flags::positive))
+        arg2_ser = tgamma(arg2+*s).series(rel, order, options);
     else
-        y_ser = tgamma(y).series(r,order);
-    // trap the case where y is on a pole directly:
-    if ((x+y).info(info_flags::integer) && !(x+y).info(info_flags::positive))
-        xy_ser = tgamma(y+x+*s).series(r,order);
+        arg2_ser = tgamma(arg2).series(rel,order);
+    // trap the case where arg1+arg2 is on a pole:
+    if ((arg1+arg2).info(info_flags::integer) && !(arg1+arg2).info(info_flags::positive))
+        arg1arg2_ser = tgamma(arg2+arg1+*s).series(rel, order, options);
     else
-        xy_ser = tgamma(y+x).series(r,order);
-    // compose the result:
-    return (x_ser*y_ser/xy_ser).series(r,order);
+        arg1arg2_ser = tgamma(arg2+arg1).series(rel,order);
+    // compose the result (expanding all the terms):
+    return (arg1_ser*arg2_ser/arg1arg2_ser).series(rel, order, options).expand();
 }
 
 
@@ -314,24 +345,24 @@ static ex psi1_eval(const ex & x)
         if (nx.is_integer()) {
             // integer case 
             if (nx.is_positive()) {
-                // psi(n) -> 1 + 1/2 +...+ 1/(n-1) - gamma
+                // psi(n) -> 1 + 1/2 +...+ 1/(n-1) - Euler
                 numeric rat(0);
                 for (numeric i(nx+_num_1()); i.is_positive(); --i)
                     rat += i.inverse();
-                return rat-gamma;
+                return rat-Euler;
             } else {
                 // for non-positive integers there is a pole:
-                throw (std::domain_error("psi_eval(): simple pole"));
+                throw (pole_error("psi_eval(): simple pole",1));
             }
         }
         if ((_num2()*nx).is_integer()) {
             // half integer case
             if (nx.is_positive()) {
-                // psi((2m+1)/2) -> 2/(2m+1) + 2/2m +...+ 2/1 - gamma - 2log(2)
+                // psi((2m+1)/2) -> 2/(2m+1) + 2/2m +...+ 2/1 - Euler - 2log(2)
                 numeric rat(0);
                 for (numeric i((nx+_num_1())*_num2()); i.is_positive(); i-=_num2())
                                       rat += _num2()*i.inverse();
-                                      return rat-gamma-_ex2()*log(_ex2());
+                                      return rat-Euler-_ex2()*log(_ex2());
             } else {
                 // use the recurrence relation
                 //   psi(-m-1/2) == psi(-m-1/2+1) - 1 / (-m-1/2)
@@ -358,7 +389,10 @@ static ex psi1_deriv(const ex & x, unsigned deriv_param)
     return psi(_ex1(), x);
 }
 
-static ex psi1_series(const ex & x, const relational & r, int order)
+static ex psi1_series(const ex & arg,
+                      const relational & rel,
+                      int order,
+                      unsigned options)
 {
     // method:
     // Taylor series where there is no pole falls back to polygamma function
@@ -366,17 +400,17 @@ static ex psi1_series(const ex & x, const relational & r, int order)
     // On a pole at -m use the recurrence relation
     //   psi(x) == psi(x+1) - 1/z
     // from which follows
-    //   series(psi(x),x,-m,order) ==
-    //   series(psi(x+m+1) - 1/x - 1/(x+1) - 1/(x+m)),x,-m,order);
-    const ex x_pt = x.subs(r);
-    if (!x_pt.info(info_flags::integer) || x_pt.info(info_flags::positive))
+    //   series(psi(x),x==-m,order) ==
+    //   series(psi(x+m+1) - 1/x - 1/(x+1) - 1/(x+m)),x==-m,order);
+    const ex arg_pt = arg.subs(rel);
+    if (!arg_pt.info(info_flags::integer) || arg_pt.info(info_flags::positive))
         throw do_taylor();  // caught by function::series()
     // if we got here we have to care for a simple pole at -m:
-    numeric m = -ex_to_numeric(x_pt);
+    numeric m = -ex_to_numeric(arg_pt);
     ex recur;
     for (numeric p; p<=m; ++p)
-        recur += power(x+p,_ex_1());
-    return (psi(x+m+_ex1())-recur).series(r, order);
+        recur += power(arg+p,_ex_1());
+    return (psi(arg+m+_ex1())-recur).series(rel, order, options);
 }
 
 const unsigned function_index_psi1 =
@@ -433,7 +467,7 @@ static ex psi2_eval(const ex & n, const ex & x)
                 return recur+psi(n,_ex1());
             } else {
                 // for non-positive integers there is a pole:
-                throw (std::domain_error("psi2_eval(): pole"));
+                throw (pole_error("psi2_eval(): pole",1));
             }
         }
         if ((_num2()*nx).is_integer()) {
@@ -478,7 +512,11 @@ static ex psi2_deriv(const ex & n, const ex & x, unsigned deriv_param)
     return psi(n+_ex1(), x);
 }
 
-static ex psi2_series(const ex & n, const ex & x, const relational & r, int order)
+static ex psi2_series(const ex & n,
+                      const ex & arg,
+                      const relational & rel,
+                      int order,
+                      unsigned options)
 {
     // method:
     // Taylor series where there is no pole falls back to polygamma function
@@ -486,26 +524,26 @@ static ex psi2_series(const ex & n, const ex & x, const relational & r, int orde
     // On a pole at -m use the recurrence relation
     //   psi(n,x) == psi(n,x+1) - (-)^n * n! / x^(n+1)
     // from which follows
-    //   series(psi(x),x,-m,order) == 
+    //   series(psi(x),x==-m,order) == 
     //   series(psi(x+m+1) - (-1)^n * n! * ((x)^(-n-1) + (x+1)^(-n-1) + ...
-    //                                      ... + (x+m)^(-n-1))),x,-m,order);
-    const ex x_pt = x.subs(r);
-    if (!x_pt.info(info_flags::integer) || x_pt.info(info_flags::positive))
+    //                                      ... + (x+m)^(-n-1))),x==-m,order);
+    const ex arg_pt = arg.subs(rel);
+    if (!arg_pt.info(info_flags::integer) || arg_pt.info(info_flags::positive))
         throw do_taylor();  // caught by function::series()
     // if we got here we have to care for a pole of order n+1 at -m:
-    numeric m = -ex_to_numeric(x_pt);
+    numeric m = -ex_to_numeric(arg_pt);
     ex recur;
     for (numeric p; p<=m; ++p)
-        recur += power(x+p,-n+_ex_1());
+        recur += power(arg+p,-n+_ex_1());
     recur *= factorial(n)*power(_ex_1(),n);
-    return (psi(n, x+m+_ex1())-recur).series(r, order);
+    return (psi(n, arg+m+_ex1())-recur).series(rel, order, options);
 }
 
 const unsigned function_index_psi2 =
     function::register_new(function_options("psi").
                            eval_func(psi2_eval).
                            evalf_func(psi2_evalf).
-                          derivative_func(psi2_deriv).
+               derivative_func(psi2_deriv).
                           series_func(psi2_series).
                           overloaded(2));