xref: /openbsd-src/lib/libm/src/s_catan.c (revision 2f2c00629eff6a304ebffb255fc56f4fa7a1833b)
1*2f2c0062Sguenther /*	$OpenBSD: s_catan.c,v 1.7 2016/09/12 19:47:02 guenther Exp $	*/
27b36286aSmartynas /*
37b36286aSmartynas  * Copyright (c) 2008 Stephen L. Moshier <steve@moshier.net>
47b36286aSmartynas  *
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167b36286aSmartynas  */
177b36286aSmartynas 
187b36286aSmartynas /*							catan()
197b36286aSmartynas  *
207b36286aSmartynas  *	Complex circular arc tangent
217b36286aSmartynas  *
227b36286aSmartynas  *
237b36286aSmartynas  *
247b36286aSmartynas  * SYNOPSIS:
257b36286aSmartynas  *
267b36286aSmartynas  * double complex catan();
277b36286aSmartynas  * double complex z, w;
287b36286aSmartynas  *
297b36286aSmartynas  * w = catan (z);
307b36286aSmartynas  *
317b36286aSmartynas  *
327b36286aSmartynas  *
337b36286aSmartynas  * DESCRIPTION:
347b36286aSmartynas  *
357b36286aSmartynas  * If
367b36286aSmartynas  *     z = x + iy,
377b36286aSmartynas  *
387b36286aSmartynas  * then
397b36286aSmartynas  *          1       (    2x     )
407b36286aSmartynas  * Re w  =  - arctan(-----------)  +  k PI
417b36286aSmartynas  *          2       (     2    2)
427b36286aSmartynas  *                  (1 - x  - y )
437b36286aSmartynas  *
447b36286aSmartynas  *               ( 2         2)
457b36286aSmartynas  *          1    (x  +  (y+1) )
467b36286aSmartynas  * Im w  =  - log(------------)
477b36286aSmartynas  *          4    ( 2         2)
487b36286aSmartynas  *               (x  +  (y-1) )
497b36286aSmartynas  *
507b36286aSmartynas  * Where k is an arbitrary integer.
517b36286aSmartynas  *
527b36286aSmartynas  * catan(z) = -i catanh(iz).
537b36286aSmartynas  *
547b36286aSmartynas  * ACCURACY:
557b36286aSmartynas  *
567b36286aSmartynas  *                      Relative error:
577b36286aSmartynas  * arithmetic   domain     # trials      peak         rms
587b36286aSmartynas  *    DEC       -10,+10      5900       1.3e-16     7.8e-18
597b36286aSmartynas  *    IEEE      -10,+10     30000       2.3e-15     8.5e-17
607b36286aSmartynas  * The check catan( ctan(z) )  =  z, with |x| and |y| < PI/2,
617b36286aSmartynas  * had peak relative error 1.5e-16, rms relative error
627b36286aSmartynas  * 2.9e-17.  See also clog().
637b36286aSmartynas  */
647b36286aSmartynas 
657b36286aSmartynas #include <complex.h>
66de3697aaSmartynas #include <float.h>
677b36286aSmartynas #include <math.h>
687b36286aSmartynas 
697b36286aSmartynas #define MAXNUM 1.0e308
707b36286aSmartynas 
717b36286aSmartynas static const double DP1 = 3.14159265160560607910E0;
727b36286aSmartynas static const double DP2 = 1.98418714791870343106E-9;
737b36286aSmartynas static const double DP3 = 1.14423774522196636802E-17;
747b36286aSmartynas 
757b36286aSmartynas static double
_redupi(double x)767b36286aSmartynas _redupi(double x)
777b36286aSmartynas {
787b36286aSmartynas 	double t;
797b36286aSmartynas 	long i;
807b36286aSmartynas 
817b36286aSmartynas 	t = x/M_PI;
827b36286aSmartynas 	if(t >= 0.0)
837b36286aSmartynas 		t += 0.5;
847b36286aSmartynas 	else
857b36286aSmartynas 		t -= 0.5;
867b36286aSmartynas 
877b36286aSmartynas 	i = t;	/* the multiple */
887b36286aSmartynas 	t = i;
897b36286aSmartynas 	t = ((x - t * DP1) - t * DP2) - t * DP3;
907b36286aSmartynas 	return (t);
917b36286aSmartynas }
927b36286aSmartynas 
937b36286aSmartynas double complex
catan(double complex z)947b36286aSmartynas catan(double complex z)
957b36286aSmartynas {
967b36286aSmartynas 	double complex w;
977b36286aSmartynas 	double a, t, x, x2, y;
987b36286aSmartynas 
997b36286aSmartynas 	x = creal (z);
1007b36286aSmartynas 	y = cimag (z);
1017b36286aSmartynas 
1027b36286aSmartynas 	if ((x == 0.0) && (y > 1.0))
1037b36286aSmartynas 		goto ovrf;
1047b36286aSmartynas 
1057b36286aSmartynas 	x2 = x * x;
1067b36286aSmartynas 	a = 1.0 - x2 - (y * y);
1077b36286aSmartynas 	if (a == 0.0)
1087b36286aSmartynas 		goto ovrf;
1097b36286aSmartynas 
1107b36286aSmartynas 	t = 0.5 * atan2 (2.0 * x, a);
1117b36286aSmartynas 	w = _redupi (t);
1127b36286aSmartynas 
1137b36286aSmartynas 	t = y - 1.0;
1147b36286aSmartynas 	a = x2 + (t * t);
1157b36286aSmartynas 	if (a == 0.0)
1167b36286aSmartynas 	goto ovrf;
1177b36286aSmartynas 
1187b36286aSmartynas 	t = y + 1.0;
1197b36286aSmartynas 	a = (x2 + (t * t))/a;
1207b36286aSmartynas 	w = w + (0.25 * log (a)) * I;
1217b36286aSmartynas 	return (w);
1227b36286aSmartynas 
1237b36286aSmartynas ovrf:
1247b36286aSmartynas 	/*mtherr ("catan", OVERFLOW);*/
1257b36286aSmartynas 	w = MAXNUM + MAXNUM * I;
1267b36286aSmartynas 	return (w);
1277b36286aSmartynas }
128*2f2c0062Sguenther DEF_STD(catan);
129*2f2c0062Sguenther LDBL_MAYBE_CLONE(catan);
130