Home | History | Annotate | Line # | Download | only in math
      1 /*							log10l.c
      2  *
      3  *	Common logarithm, 128-bit long double precision
      4  *
      5  *
      6  *
      7  * SYNOPSIS:
      8  *
      9  * long double x, y, log10l();
     10  *
     11  * y = log10l( x );
     12  *
     13  *
     14  *
     15  * DESCRIPTION:
     16  *
     17  * Returns the base 10 logarithm of x.
     18  *
     19  * The argument is separated into its exponent and fractional
     20  * parts.  If the exponent is between -1 and +1, the logarithm
     21  * of the fraction is approximated by
     22  *
     23  *     log(1+x) = x - 0.5 x^2 + x^3 P(x)/Q(x).
     24  *
     25  * Otherwise, setting  z = 2(x-1)/x+1),
     26  *
     27  *     log(x) = z + z^3 P(z)/Q(z).
     28  *
     29  *
     30  *
     31  * ACCURACY:
     32  *
     33  *                      Relative error:
     34  * arithmetic   domain     # trials      peak         rms
     35  *    IEEE      0.5, 2.0     30000      2.3e-34     4.9e-35
     36  *    IEEE     exp(+-10000)  30000      1.0e-34     4.1e-35
     37  *
     38  * In the tests over the interval exp(+-10000), the logarithms
     39  * of the random arguments were uniformly distributed over
     40  * [-10000, +10000].
     41  *
     42  */
     43 
     44 /*
     45    Cephes Math Library Release 2.2:  January, 1991
     46    Copyright 1984, 1991 by Stephen L. Moshier
     47    Adapted for glibc November, 2001
     48 
     49     This library is free software; you can redistribute it and/or
     50     modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
     51     License as published by the Free Software Foundation; either
     52     version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
     53 
     54     This library is distributed in the hope that it will be useful,
     55     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
     56     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
     57     Lesser General Public License for more details.
     58 
     59     You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
     60     License along with this library; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
     61  */
     62 
     63 #include "quadmath-imp.h"
     64 
     65 /* Coefficients for ln(1+x) = x - x**2/2 + x**3 P(x)/Q(x)
     66  * 1/sqrt(2) <= x < sqrt(2)
     67  * Theoretical peak relative error = 5.3e-37,
     68  * relative peak error spread = 2.3e-14
     69  */
     70 static const __float128 P[13] =
     71 {
     72   1.313572404063446165910279910527789794488E4Q,
     73   7.771154681358524243729929227226708890930E4Q,
     74   2.014652742082537582487669938141683759923E5Q,
     75   3.007007295140399532324943111654767187848E5Q,
     76   2.854829159639697837788887080758954924001E5Q,
     77   1.797628303815655343403735250238293741397E5Q,
     78   7.594356839258970405033155585486712125861E4Q,
     79   2.128857716871515081352991964243375186031E4Q,
     80   3.824952356185897735160588078446136783779E3Q,
     81   4.114517881637811823002128927449878962058E2Q,
     82   2.321125933898420063925789532045674660756E1Q,
     83   4.998469661968096229986658302195402690910E-1Q,
     84   1.538612243596254322971797716843006400388E-6Q
     85 };
     86 static const __float128 Q[12] =
     87 {
     88   3.940717212190338497730839731583397586124E4Q,
     89   2.626900195321832660448791748036714883242E5Q,
     90   7.777690340007566932935753241556479363645E5Q,
     91   1.347518538384329112529391120390701166528E6Q,
     92   1.514882452993549494932585972882995548426E6Q,
     93   1.158019977462989115839826904108208787040E6Q,
     94   6.132189329546557743179177159925690841200E5Q,
     95   2.248234257620569139969141618556349415120E5Q,
     96   5.605842085972455027590989944010492125825E4Q,
     97   9.147150349299596453976674231612674085381E3Q,
     98   9.104928120962988414618126155557301584078E2Q,
     99   4.839208193348159620282142911143429644326E1Q
    100 /* 1.000000000000000000000000000000000000000E0L, */
    101 };
    102 
    103 /* Coefficients for log(x) = z + z^3 P(z^2)/Q(z^2),
    104  * where z = 2(x-1)/(x+1)
    105  * 1/sqrt(2) <= x < sqrt(2)
    106  * Theoretical peak relative error = 1.1e-35,
    107  * relative peak error spread 1.1e-9
    108  */
    109 static const __float128 R[6] =
    110 {
    111   1.418134209872192732479751274970992665513E5Q,
    112  -8.977257995689735303686582344659576526998E4Q,
    113   2.048819892795278657810231591630928516206E4Q,
    114  -2.024301798136027039250415126250455056397E3Q,
    115   8.057002716646055371965756206836056074715E1Q,
    116  -8.828896441624934385266096344596648080902E-1Q
    117 };
    118 static const __float128 S[6] =
    119 {
    120   1.701761051846631278975701529965589676574E6Q,
    121  -1.332535117259762928288745111081235577029E6Q,
    122   4.001557694070773974936904547424676279307E5Q,
    123  -5.748542087379434595104154610899551484314E4Q,
    124   3.998526750980007367835804959888064681098E3Q,
    125  -1.186359407982897997337150403816839480438E2Q
    126 /* 1.000000000000000000000000000000000000000E0L, */
    127 };
    128 
    129 static const __float128
    130 /* log10(2) */
    131 L102A = 0.3125Q,
    132 L102B = -1.14700043360188047862611052755069732318101185E-2Q,
    133 /* log10(e) */
    134 L10EA = 0.5Q,
    135 L10EB = -6.570551809674817234887108108339491770560299E-2Q,
    136 /* sqrt(2)/2 */
    137 SQRTH = 7.071067811865475244008443621048490392848359E-1Q;
    138 
    139 
    140 
    141 /* Evaluate P[n] x^n  +  P[n-1] x^(n-1)  +  ...  +  P[0] */
    142 
    143 static __float128
    144 neval (__float128 x, const __float128 *p, int n)
    145 {
    146   __float128 y;
    147 
    148   p += n;
    149   y = *p--;
    150   do
    151     {
    152       y = y * x + *p--;
    153     }
    154   while (--n > 0);
    155   return y;
    156 }
    157 
    158 
    159 /* Evaluate x^n+1  +  P[n] x^(n)  +  P[n-1] x^(n-1)  +  ...  +  P[0] */
    160 
    161 static __float128
    162 deval (__float128 x, const __float128 *p, int n)
    163 {
    164   __float128 y;
    165 
    166   p += n;
    167   y = x + *p--;
    168   do
    169     {
    170       y = y * x + *p--;
    171     }
    172   while (--n > 0);
    173   return y;
    174 }
    175 
    176 
    177 
    178 __float128
    179 log10q (__float128 x)
    180 {
    181   __float128 z;
    182   __float128 y;
    183   int e;
    184   int64_t hx, lx;
    185 
    186 /* Test for domain */
    187   GET_FLT128_WORDS64 (hx, lx, x);
    188   if (((hx & 0x7fffffffffffffffLL) | lx) == 0)
    189     return (-1 / fabsq (x));		/* log10l(+-0)=-inf  */
    190   if (hx < 0)
    191     return (x - x) / (x - x);
    192   if (hx >= 0x7fff000000000000LL)
    193     return (x + x);
    194 
    195   if (x == 1)
    196     return 0;
    197 
    198 /* separate mantissa from exponent */
    199 
    200 /* Note, frexp is used so that denormal numbers
    201  * will be handled properly.
    202  */
    203   x = frexpq (x, &e);
    204 
    205 
    206 /* logarithm using log(x) = z + z**3 P(z)/Q(z),
    207  * where z = 2(x-1)/x+1)
    208  */
    209   if ((e > 2) || (e < -2))
    210     {
    211       if (x < SQRTH)
    212 	{			/* 2( 2x-1 )/( 2x+1 ) */
    213 	  e -= 1;
    214 	  z = x - 0.5Q;
    215 	  y = 0.5Q * z + 0.5Q;
    216 	}
    217       else
    218 	{			/*  2 (x-1)/(x+1)   */
    219 	  z = x - 0.5Q;
    220 	  z -= 0.5Q;
    221 	  y = 0.5Q * x + 0.5Q;
    222 	}
    223       x = z / y;
    224       z = x * x;
    225       y = x * (z * neval (z, R, 5) / deval (z, S, 5));
    226       goto done;
    227     }
    228 
    229 
    230 /* logarithm using log(1+x) = x - .5x**2 + x**3 P(x)/Q(x) */
    231 
    232   if (x < SQRTH)
    233     {
    234       e -= 1;
    235       x = 2.0 * x - 1;	/*  2x - 1  */
    236     }
    237   else
    238     {
    239       x = x - 1;
    240     }
    241   z = x * x;
    242   y = x * (z * neval (x, P, 12) / deval (x, Q, 11));
    243   y = y - 0.5 * z;
    244 
    245 done:
    246 
    247   /* Multiply log of fraction by log10(e)
    248    * and base 2 exponent by log10(2).
    249    */
    250   z = y * L10EB;
    251   z += x * L10EB;
    252   z += e * L102B;
    253   z += y * L10EA;
    254   z += x * L10EA;
    255   z += e * L102A;
    256   return (z);
    257 }
    258