xref: /csrg-svn/lib/libm/common_source/expm1.c (revision 24595)
1*24595Szliu /*
2*24595Szliu  * Copyright (c) 1985 Regents of the University of California.
3*24595Szliu  *
4*24595Szliu  * Use and reproduction of this software are granted  in  accordance  with
5*24595Szliu  * the terms and conditions specified in  the  Berkeley  Software  License
6*24595Szliu  * Agreement (in particular, this entails acknowledgement of the programs'
7*24595Szliu  * source, and inclusion of this notice) with the additional understanding
8*24595Szliu  * that  all  recipients  should regard themselves as participants  in  an
9*24595Szliu  * ongoing  research  project and hence should  feel  obligated  to report
10*24595Szliu  * their  experiences (good or bad) with these elementary function  codes,
11*24595Szliu  * using "sendbug 4bsd-bugs@BERKELEY", to the authors.
12*24595Szliu  */
13*24595Szliu 
14*24595Szliu #ifndef lint
15*24595Szliu static char sccsid[] = "@(#)expm1.c	1.1 (ELEFUNT) 09/06/85";
16*24595Szliu #endif not lint
17*24595Szliu 
18*24595Szliu /* EXPM1(X)
19*24595Szliu  * RETURN THE EXPONENTIAL OF X MINUS ONE
20*24595Szliu  * DOUBLE PRECISION (IEEE 53 BITS, VAX D FORMAT 56 BITS)
21*24595Szliu  * CODED IN C BY K.C. NG, 1/19/85;
22*24595Szliu  * REVISED BY K.C. NG on 2/6/85, 3/7/85, 3/21/85, 4/16/85.
23*24595Szliu  *
24*24595Szliu  * Required system supported functions:
25*24595Szliu  *	scalb(x,n)
26*24595Szliu  *	copysign(x,y)
27*24595Szliu  *	finite(x)
28*24595Szliu  *
29*24595Szliu  * Kernel function:
30*24595Szliu  *	exp__E(x,c)
31*24595Szliu  *
32*24595Szliu  * Method:
33*24595Szliu  *	1. Argument Reduction: given the input x, find r and integer k such
34*24595Szliu  *	   that
35*24595Szliu  *	                   x = k*ln2 + r,  |r| <= 0.5*ln2 .
36*24595Szliu  *	   r will be represented as r := z+c for better accuracy.
37*24595Szliu  *
38*24595Szliu  *	2. Compute EXPM1(r)=exp(r)-1 by
39*24595Szliu  *
40*24595Szliu  *			EXPM1(r=z+c) := z + exp__E(z,c)
41*24595Szliu  *
42*24595Szliu  *	3. EXPM1(x) =  2^k * ( EXPM1(r) + 1-2^-k ).
43*24595Szliu  *
44*24595Szliu  * 	Remarks:
45*24595Szliu  *	   1. When k=1 and z < -0.25, we use the following formula for
46*24595Szliu  *	      better accuracy:
47*24595Szliu  *			EXPM1(x) = 2 * ( (z+0.5) + exp__E(z,c) )
48*24595Szliu  *	   2. To avoid rounding error in 1-2^-k where k is large, we use
49*24595Szliu  *			EXPM1(x) = 2^k * { [z+(exp__E(z,c)-2^-k )] + 1 }
50*24595Szliu  *	      when k>56.
51*24595Szliu  *
52*24595Szliu  * Special cases:
53*24595Szliu  *	EXPM1(INF) is INF, EXPM1(NaN) is NaN;
54*24595Szliu  *	EXPM1(-INF)= -1;
55*24595Szliu  *	for finite argument, only EXPM1(0)=0 is exact.
56*24595Szliu  *
57*24595Szliu  * Accuracy:
58*24595Szliu  *	EXPM1(x) returns the exact (exp(x)-1) nearly rounded. In a test run with
59*24595Szliu  *	1,166,000 random arguments on a VAX, the maximum observed error was
60*24595Szliu  *	.872 ulps (units of the last place).
61*24595Szliu  *
62*24595Szliu  * Constants:
63*24595Szliu  * The hexadecimal values are the intended ones for the following constants.
64*24595Szliu  * The decimal values may be used, provided that the compiler will convert
65*24595Szliu  * from decimal to binary accurately enough to produce the hexadecimal values
66*24595Szliu  * shown.
67*24595Szliu  */
68*24595Szliu 
69*24595Szliu #ifdef VAX	/* VAX D format */
70*24595Szliu /* double static */
71*24595Szliu /* ln2hi  =  6.9314718055829871446E-1    , Hex  2^  0   *  .B17217F7D00000 */
72*24595Szliu /* ln2lo  =  1.6465949582897081279E-12   , Hex  2^-39   *  .E7BCD5E4F1D9CC */
73*24595Szliu /* lnhuge =  9.4961163736712506989E1     , Hex  2^  7   *  .BDEC1DA73E9010 */
74*24595Szliu /* invln2 =  1.4426950408889634148E0     ; Hex  2^  1   *  .B8AA3B295C17F1 */
75*24595Szliu static long     ln2hix[] = { 0x72174031, 0x0000f7d0};
76*24595Szliu static long     ln2lox[] = { 0xbcd52ce7, 0xd9cce4f1};
77*24595Szliu static long    lnhugex[] = { 0xec1d43bd, 0x9010a73e};
78*24595Szliu static long    invln2x[] = { 0xaa3b40b8, 0x17f1295c};
79*24595Szliu #define    ln2hi    (*(double*)ln2hix)
80*24595Szliu #define    ln2lo    (*(double*)ln2lox)
81*24595Szliu #define   lnhuge    (*(double*)lnhugex)
82*24595Szliu #define   invln2    (*(double*)invln2x)
83*24595Szliu #else	/* IEEE double */
84*24595Szliu double static
85*24595Szliu ln2hi  =  6.9314718036912381649E-1    , /*Hex  2^ -1   *  1.62E42FEE00000 */
86*24595Szliu ln2lo  =  1.9082149292705877000E-10   , /*Hex  2^-33   *  1.A39EF35793C76 */
87*24595Szliu lnhuge =  7.1602103751842355450E2     , /*Hex  2^  9   *  1.6602B15B7ECF2 */
88*24595Szliu invln2 =  1.4426950408889633870E0     ; /*Hex  2^  0   *  1.71547652B82FE */
89*24595Szliu #endif
90*24595Szliu 
91*24595Szliu double expm1(x)
92*24595Szliu double x;
93*24595Szliu {
94*24595Szliu 	double static one=1.0, half=1.0/2.0;
95*24595Szliu 	double scalb(), copysign(), exp__E(), z,hi,lo,c;
96*24595Szliu 	int k,finite();
97*24595Szliu #ifdef VAX
98*24595Szliu 	static prec=56;
99*24595Szliu #else	/* IEEE double */
100*24595Szliu 	static prec=53;
101*24595Szliu #endif
102*24595Szliu #ifndef VAX
103*24595Szliu 	if(x!=x) return(x);	/* x is NaN */
104*24595Szliu #endif
105*24595Szliu 
106*24595Szliu 	if( x <= lnhuge ) {
107*24595Szliu 		if( x >= -40.0 ) {
108*24595Szliu 
109*24595Szliu 		    /* argument reduction : x - k*ln2 */
110*24595Szliu 			k= invln2 *x+copysign(0.5,x);	/* k=NINT(x/ln2) */
111*24595Szliu 			hi=x-k*ln2hi ;
112*24595Szliu 			z=hi-(lo=k*ln2lo);
113*24595Szliu 			c=(hi-z)-lo;
114*24595Szliu 
115*24595Szliu 			if(k==0) return(z+exp__E(z,c));
116*24595Szliu 			if(k==1)
117*24595Szliu 			    if(z< -0.25)
118*24595Szliu 				{x=z+half;x +=exp__E(z,c); return(x+x);}
119*24595Szliu 			    else
120*24595Szliu 				{z+=exp__E(z,c); x=half+z; return(x+x);}
121*24595Szliu 		    /* end of k=1 */
122*24595Szliu 
123*24595Szliu 			else {
124*24595Szliu 			    if(k<=prec)
125*24595Szliu 			      { x=one-scalb(one,-k); z += exp__E(z,c);}
126*24595Szliu 			    else if(k<100)
127*24595Szliu 			      { x = exp__E(z,c)-scalb(one,-k); x+=z; z=one;}
128*24595Szliu 			    else
129*24595Szliu 			      { x = exp__E(z,c)+z; z=one;}
130*24595Szliu 
131*24595Szliu 			    return (scalb(x+z,k));
132*24595Szliu 			}
133*24595Szliu 		}
134*24595Szliu 		/* end of x > lnunfl */
135*24595Szliu 
136*24595Szliu 		else
137*24595Szliu 		     /* expm1(-big#) rounded to -1 (inexact) */
138*24595Szliu 		     if(finite(x))
139*24595Szliu 			 { ln2hi+ln2lo; return(-one);}
140*24595Szliu 
141*24595Szliu 		     /* expm1(-INF) is -1 */
142*24595Szliu 		     else return(-one);
143*24595Szliu 	}
144*24595Szliu 	/* end of x < lnhuge */
145*24595Szliu 
146*24595Szliu 	else
147*24595Szliu 	/*  expm1(INF) is INF, expm1(+big#) overflows to INF */
148*24595Szliu 	    return( finite(x) ?  scalb(one,5000) : x);
149*24595Szliu }
150