source: trunk/libs/newlib/src/newlib/libm/math/e_jn.c @ 567

Last change on this file since 567 was 444, checked in by satin@…, 6 years ago

add newlib,libalmos-mkh, restructure shared_syscalls.h and mini-libc

File size: 7.2 KB
Line 
1
2/* @(#)e_jn.c 5.1 93/09/24 */
3/*
4 * ====================================================
5 * Copyright (C) 1993 by Sun Microsystems, Inc. All rights reserved.
6 *
7 * Developed at SunPro, a Sun Microsystems, Inc. business.
8 * Permission to use, copy, modify, and distribute this
9 * software is freely granted, provided that this notice
10 * is preserved.
11 * ====================================================
12 */
13
14/*
15 * __ieee754_jn(n, x), __ieee754_yn(n, x)
16 * floating point Bessel's function of the 1st and 2nd kind
17 * of order n
18 *         
19 * Special cases:
20 *      y0(0)=y1(0)=yn(n,0) = -inf with division by zero signal;
21 *      y0(-ve)=y1(-ve)=yn(n,-ve) are NaN with invalid signal.
22 * Note 2. About jn(n,x), yn(n,x)
23 *      For n=0, j0(x) is called,
24 *      for n=1, j1(x) is called,
25 *      for n<x, forward recursion us used starting
26 *      from values of j0(x) and j1(x).
27 *      for n>x, a continued fraction approximation to
28 *      j(n,x)/j(n-1,x) is evaluated and then backward
29 *      recursion is used starting from a supposed value
30 *      for j(n,x). The resulting value of j(0,x) is
31 *      compared with the actual value to correct the
32 *      supposed value of j(n,x).
33 *
34 *      yn(n,x) is similar in all respects, except
35 *      that forward recursion is used for all
36 *      values of n>1.
37 *     
38 */
39
40#include "fdlibm.h"
41
42#ifndef _DOUBLE_IS_32BITS
43
44#ifdef __STDC__
45static const double
46#else
47static double
48#endif
49invsqrtpi=  5.64189583547756279280e-01, /* 0x3FE20DD7, 0x50429B6D */
50two   =  2.00000000000000000000e+00, /* 0x40000000, 0x00000000 */
51one   =  1.00000000000000000000e+00; /* 0x3FF00000, 0x00000000 */
52
53#ifdef __STDC__
54static const double zero  =  0.00000000000000000000e+00;
55#else
56static double zero  =  0.00000000000000000000e+00;
57#endif
58
59#ifdef __STDC__
60        double __ieee754_jn(int n, double x)
61#else
62        double __ieee754_jn(n,x)
63        int n; double x;
64#endif
65{
66        __int32_t i,hx,ix,lx, sgn;
67        double a, b, temp, di;
68        double z, w;
69
70    /* J(-n,x) = (-1)^n * J(n, x), J(n, -x) = (-1)^n * J(n, x)
71     * Thus, J(-n,x) = J(n,-x)
72     */
73        EXTRACT_WORDS(hx,lx,x);
74        ix = 0x7fffffff&hx;
75    /* if J(n,NaN) is NaN */
76        if((ix|((__uint32_t)(lx|-lx))>>31)>0x7ff00000) return x+x;
77        if(n<0){               
78                n = -n;
79                x = -x;
80                hx ^= 0x80000000;
81        }
82        if(n==0) return(__ieee754_j0(x));
83        if(n==1) return(__ieee754_j1(x));
84        sgn = (n&1)&(hx>>31);   /* even n -- 0, odd n -- sign(x) */
85        x = fabs(x);
86        if((ix|lx)==0||ix>=0x7ff00000)  /* if x is 0 or inf */
87            b = zero;
88        else if((double)n<=x) {   
89                /* Safe to use J(n+1,x)=2n/x *J(n,x)-J(n-1,x) */
90            if(ix>=0x52D00000) { /* x > 2**302 */
91    /* (x >> n**2)
92     *      Jn(x) = cos(x-(2n+1)*pi/4)*sqrt(2/x*pi)
93     *      Yn(x) = sin(x-(2n+1)*pi/4)*sqrt(2/x*pi)
94     *      Let s=sin(x), c=cos(x),
95     *          xn=x-(2n+1)*pi/4, sqt2 = sqrt(2),then
96     *
97     *             n    sin(xn)*sqt2    cos(xn)*sqt2
98     *          ----------------------------------
99     *             0     s-c             c+s
100     *             1    -s-c            -c+s
101     *             2    -s+c            -c-s
102     *             3     s+c             c-s
103     */
104                switch(n&3) {
105                    case 0: temp =  cos(x)+sin(x); break;
106                    case 1: temp = -cos(x)+sin(x); break;
107                    case 2: temp = -cos(x)-sin(x); break;
108                    case 3: temp =  cos(x)-sin(x); break;
109                }
110                b = invsqrtpi*temp/__ieee754_sqrt(x);
111            } else {   
112                a = __ieee754_j0(x);
113                b = __ieee754_j1(x);
114                for(i=1;i<n;i++){
115                    temp = b;
116                    b = b*((double)(i+i)/x) - a; /* avoid underflow */
117                    a = temp;
118                }
119            }
120        } else {
121            if(ix<0x3e100000) { /* x < 2**-29 */
122    /* x is tiny, return the first Taylor expansion of J(n,x)
123     * J(n,x) = 1/n!*(x/2)^n  - ...
124     */
125                if(n>33)        /* underflow */
126                    b = zero;
127                else {
128                    temp = x*0.5; b = temp;
129                    for (a=one,i=2;i<=n;i++) {
130                        a *= (double)i;         /* a = n! */
131                        b *= temp;              /* b = (x/2)^n */
132                    }
133                    b = b/a;
134                }
135            } else {
136                /* use backward recurrence */
137                /*                      x      x^2      x^2       
138                 *  J(n,x)/J(n-1,x) =  ----   ------   ------   .....
139                 *                      2n  - 2(n+1) - 2(n+2)
140                 *
141                 *                      1      1        1       
142                 *  (for large x)   =  ----  ------   ------   .....
143                 *                      2n   2(n+1)   2(n+2)
144                 *                      -- - ------ - ------ -
145                 *                       x     x         x
146                 *
147                 * Let w = 2n/x and h=2/x, then the above quotient
148                 * is equal to the continued fraction:
149                 *                  1
150                 *      = -----------------------
151                 *                     1
152                 *         w - -----------------
153                 *                        1
154                 *              w+h - ---------
155                 *                     w+2h - ...
156                 *
157                 * To determine how many terms needed, let
158                 * Q(0) = w, Q(1) = w(w+h) - 1,
159                 * Q(k) = (w+k*h)*Q(k-1) - Q(k-2),
160                 * When Q(k) > 1e4      good for single
161                 * When Q(k) > 1e9      good for double
162                 * When Q(k) > 1e17     good for quadruple
163                 */
164            /* determine k */
165                double t,v;
166                double q0,q1,h,tmp; __int32_t k,m;
167                w  = (n+n)/(double)x; h = 2.0/(double)x;
168                q0 = w;  z = w+h; q1 = w*z - 1.0; k=1;
169                while(q1<1.0e9) {
170                        k += 1; z += h;
171                        tmp = z*q1 - q0;
172                        q0 = q1;
173                        q1 = tmp;
174                }
175                m = n+n;
176                for(t=zero, i = 2*(n+k); i>=m; i -= 2) t = one/(i/x-t);
177                a = t;
178                b = one;
179                /*  estimate log((2/x)^n*n!) = n*log(2/x)+n*ln(n)
180                 *  Hence, if n*(log(2n/x)) > ...
181                 *  single 8.8722839355e+01
182                 *  double 7.09782712893383973096e+02
183                 *  long double 1.1356523406294143949491931077970765006170e+04
184                 *  then recurrent value may overflow and the result is
185                 *  likely underflow to zero
186                 */
187                tmp = n;
188                v = two/x;
189                tmp = tmp*__ieee754_log(fabs(v*tmp));
190                if(tmp<7.09782712893383973096e+02) {
191                    for(i=n-1,di=(double)(i+i);i>0;i--){
192                        temp = b;
193                        b *= di;
194                        b  = b/x - a;
195                        a = temp;
196                        di -= two;
197                    }
198                } else {
199                    for(i=n-1,di=(double)(i+i);i>0;i--){
200                        temp = b;
201                        b *= di;
202                        b  = b/x - a;
203                        a = temp;
204                        di -= two;
205                    /* scale b to avoid spurious overflow */
206                        if(b>1e100) {
207                            a /= b;
208                            t /= b;
209                            b  = one;
210                        }
211                    }
212                }
213                b = (t*__ieee754_j0(x)/b);
214            }
215        }
216        if(sgn==1) return -b; else return b;
217}
218
219#ifdef __STDC__
220        double __ieee754_yn(int n, double x) 
221#else
222        double __ieee754_yn(n,x) 
223        int n; double x;
224#endif
225{
226        __int32_t i,hx,ix,lx;
227        __int32_t sign;
228        double a, b, temp;
229
230        EXTRACT_WORDS(hx,lx,x);
231        ix = 0x7fffffff&hx;
232    /* if Y(n,NaN) is NaN */
233        if((ix|((__uint32_t)(lx|-lx))>>31)>0x7ff00000) return x+x;
234        if((ix|lx)==0) return -one/zero;
235        if(hx<0) return zero/zero;
236        sign = 1;
237        if(n<0){
238                n = -n;
239                sign = 1 - ((n&1)<<1);
240        }
241        if(n==0) return(__ieee754_y0(x));
242        if(n==1) return(sign*__ieee754_y1(x));
243        if(ix==0x7ff00000) return zero;
244        if(ix>=0x52D00000) { /* x > 2**302 */
245    /* (x >> n**2)
246     *      Jn(x) = cos(x-(2n+1)*pi/4)*sqrt(2/x*pi)
247     *      Yn(x) = sin(x-(2n+1)*pi/4)*sqrt(2/x*pi)
248     *      Let s=sin(x), c=cos(x),
249     *          xn=x-(2n+1)*pi/4, sqt2 = sqrt(2),then
250     *
251     *             n    sin(xn)*sqt2    cos(xn)*sqt2
252     *          ----------------------------------
253     *             0     s-c             c+s
254     *             1    -s-c            -c+s
255     *             2    -s+c            -c-s
256     *             3     s+c             c-s
257     */
258                switch(n&3) {
259                    case 0: temp =  sin(x)-cos(x); break;
260                    case 1: temp = -sin(x)-cos(x); break;
261                    case 2: temp = -sin(x)+cos(x); break;
262                    case 3: temp =  sin(x)+cos(x); break;
263                }
264                b = invsqrtpi*temp/__ieee754_sqrt(x);
265        } else {
266            __uint32_t high;
267            a = __ieee754_y0(x);
268            b = __ieee754_y1(x);
269        /* quit if b is -inf */
270            GET_HIGH_WORD(high,b);
271            for(i=1;i<n&&high!=0xfff00000;i++){ 
272                temp = b;
273                b = ((double)(i+i)/x)*b - a;
274                GET_HIGH_WORD(high,b);
275                a = temp;
276            }
277        }
278        if(sign>0) return b; else return -b;
279}
280
281#endif /* defined(_DOUBLE_IS_32BITS) */
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.