Home | History | Annotate | Line # | Download | only in tr1
      1 // Special functions -*- C++ -*-
      2 
      3 // Copyright (C) 2006-2024 Free Software Foundation, Inc.
      4 //
      5 // This file is part of the GNU ISO C++ Library.  This library is free
      6 // software; you can redistribute it and/or modify it under the
      7 // terms of the GNU General Public License as published by the
      8 // Free Software Foundation; either version 3, or (at your option)
      9 // any later version.
     10 //
     11 // This library is distributed in the hope that it will be useful,
     12 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
     13 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
     14 // GNU General Public License for more details.
     15 //
     16 // Under Section 7 of GPL version 3, you are granted additional
     17 // permissions described in the GCC Runtime Library Exception, version
     18 // 3.1, as published by the Free Software Foundation.
     19 
     20 // You should have received a copy of the GNU General Public License and
     21 // a copy of the GCC Runtime Library Exception along with this program;
     22 // see the files COPYING3 and COPYING.RUNTIME respectively.  If not, see
     23 // <http://www.gnu.org/licenses/>.
     24 
     25 /** @file tr1/hypergeometric.tcc
     26  *  This is an internal header file, included by other library headers.
     27  *  Do not attempt to use it directly. @headername{tr1/cmath}
     28  */
     29 
     30 //
     31 // ISO C++ 14882 TR1: 5.2  Special functions
     32 //
     33 
     34 // Written by Edward Smith-Rowland based:
     35 //   (1) Handbook of Mathematical Functions,
     36 //       ed. Milton Abramowitz and Irene A. Stegun,
     37 //       Dover Publications,
     38 //       Section 6, pp. 555-566
     39 //   (2) The Gnu Scientific Library, http://www.gnu.org/software/gsl
     40 
     41 #ifndef _GLIBCXX_TR1_HYPERGEOMETRIC_TCC
     42 #define _GLIBCXX_TR1_HYPERGEOMETRIC_TCC 1
     43 
     44 namespace std _GLIBCXX_VISIBILITY(default)
     45 {
     46 _GLIBCXX_BEGIN_NAMESPACE_VERSION
     47 
     48 #if _GLIBCXX_USE_STD_SPEC_FUNCS
     49 # define _GLIBCXX_MATH_NS ::std
     50 #elif defined(_GLIBCXX_TR1_CMATH)
     51 namespace tr1
     52 {
     53 # define _GLIBCXX_MATH_NS ::std::tr1
     54 #else
     55 # error do not include this header directly, use <cmath> or <tr1/cmath>
     56 #endif
     57   // [5.2] Special functions
     58 
     59   // Implementation-space details.
     60   namespace __detail
     61   {
     62     /**
     63      *   @brief This routine returns the confluent hypergeometric function
     64      *          by series expansion.
     65      * 
     66      *   @f[
     67      *     _1F_1(a;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)}
     68      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
     69      *                      \frac{\Gamma(a+n)}{\Gamma(c+n)}
     70      *                      \frac{x^n}{n!}
     71      *   @f]
     72      * 
     73      *   If a and b are integers and a < 0 and either b > 0 or b < a
     74      *   then the series is a polynomial with a finite number of
     75      *   terms.  If b is an integer and b <= 0 the confluent
     76      *   hypergeometric function is undefined.
     77      *
     78      *   @param  __a  The "numerator" parameter.
     79      *   @param  __c  The "denominator" parameter.
     80      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
     81      *   @return  The confluent hypergeometric function.
     82      */
     83     template<typename _Tp>
     84     _Tp
     85     __conf_hyperg_series(_Tp __a, _Tp __c, _Tp __x)
     86     {
     87       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
     88 
     89       _Tp __term = _Tp(1);
     90       _Tp __Fac = _Tp(1);
     91       const unsigned int __max_iter = 100000;
     92       unsigned int __i;
     93       for (__i = 0; __i < __max_iter; ++__i)
     94         {
     95           __term *= (__a + _Tp(__i)) * __x
     96                   / ((__c + _Tp(__i)) * _Tp(1 + __i));
     97           if (std::abs(__term) < __eps)
     98             {
     99               break;
    100             }
    101           __Fac += __term;
    102         }
    103       if (__i == __max_iter)
    104         std::__throw_runtime_error(__N("Series failed to converge "
    105                                        "in __conf_hyperg_series."));
    106 
    107       return __Fac;
    108     }
    109 
    110 
    111     /**
    112      *  @brief  Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$
    113      *          by an iterative procedure described in
    114      *          Luke, Algorithms for the Computation of Mathematical Functions.
    115      *
    116      *  Like the case of the 2F1 rational approximations, these are 
    117      *  probably guaranteed to converge for x < 0, barring gross    
    118      *  numerical instability in the pre-asymptotic regime.         
    119      */
    120     template<typename _Tp>
    121     _Tp
    122     __conf_hyperg_luke(_Tp __a, _Tp __c, _Tp __xin)
    123     {
    124       const _Tp __big = std::pow(std::numeric_limits<_Tp>::max(), _Tp(0.16L));
    125       const int __nmax = 20000;
    126       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
    127       const _Tp __x  = -__xin;
    128       const _Tp __x3 = __x * __x * __x;
    129       const _Tp __t0 = __a / __c;
    130       const _Tp __t1 = (__a + _Tp(1)) / (_Tp(2) * __c);
    131       const _Tp __t2 = (__a + _Tp(2)) / (_Tp(2) * (__c + _Tp(1)));
    132       _Tp __F = _Tp(1);
    133       _Tp __prec;
    134 
    135       _Tp __Bnm3 = _Tp(1);
    136       _Tp __Bnm2 = _Tp(1) + __t1 * __x;
    137       _Tp __Bnm1 = _Tp(1) + __t2 * __x * (_Tp(1) + __t1 / _Tp(3) * __x);
    138 
    139       _Tp __Anm3 = _Tp(1);
    140       _Tp __Anm2 = __Bnm2 - __t0 * __x;
    141       _Tp __Anm1 = __Bnm1 - __t0 * (_Tp(1) + __t2 * __x) * __x
    142                  + __t0 * __t1 * (__c / (__c + _Tp(1))) * __x * __x;
    143 
    144       int __n = 3;
    145       while(1)
    146         {
    147           _Tp __npam1 = _Tp(__n - 1) + __a;
    148           _Tp __npcm1 = _Tp(__n - 1) + __c;
    149           _Tp __npam2 = _Tp(__n - 2) + __a;
    150           _Tp __npcm2 = _Tp(__n - 2) + __c;
    151           _Tp __tnm1  = _Tp(2 * __n - 1);
    152           _Tp __tnm3  = _Tp(2 * __n - 3);
    153           _Tp __tnm5  = _Tp(2 * __n - 5);
    154           _Tp __F1 =  (_Tp(__n - 2) - __a) / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm1);
    155           _Tp __F2 =  (_Tp(__n) + __a) * __npam1
    156                    / (_Tp(4) * __tnm1 * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
    157           _Tp __F3 = -__npam2 * __npam1 * (_Tp(__n - 2) - __a)
    158                    / (_Tp(8) * __tnm3 * __tnm3 * __tnm5
    159                    * (_Tp(__n - 3) + __c) * __npcm2 * __npcm1);
    160           _Tp __E  = -__npam1 * (_Tp(__n - 1) - __c)
    161                    / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
    162 
    163           _Tp __An = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Anm1
    164                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Anm2 + __F3 * __x3 * __Anm3;
    165           _Tp __Bn = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Bnm1
    166                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Bnm2 + __F3 * __x3 * __Bnm3;
    167           _Tp __r = __An / __Bn;
    168 
    169           __prec = std::abs((__F - __r) / __F);
    170           __F = __r;
    171 
    172           if (__prec < __eps || __n > __nmax)
    173             break;
    174 
    175           if (std::abs(__An) > __big || std::abs(__Bn) > __big)
    176             {
    177               __An   /= __big;
    178               __Bn   /= __big;
    179               __Anm1 /= __big;
    180               __Bnm1 /= __big;
    181               __Anm2 /= __big;
    182               __Bnm2 /= __big;
    183               __Anm3 /= __big;
    184               __Bnm3 /= __big;
    185             }
    186           else if (std::abs(__An) < _Tp(1) / __big
    187                 || std::abs(__Bn) < _Tp(1) / __big)
    188             {
    189               __An   *= __big;
    190               __Bn   *= __big;
    191               __Anm1 *= __big;
    192               __Bnm1 *= __big;
    193               __Anm2 *= __big;
    194               __Bnm2 *= __big;
    195               __Anm3 *= __big;
    196               __Bnm3 *= __big;
    197             }
    198 
    199           ++__n;
    200           __Bnm3 = __Bnm2;
    201           __Bnm2 = __Bnm1;
    202           __Bnm1 = __Bn;
    203           __Anm3 = __Anm2;
    204           __Anm2 = __Anm1;
    205           __Anm1 = __An;
    206         }
    207 
    208       if (__n >= __nmax)
    209         std::__throw_runtime_error(__N("Iteration failed to converge "
    210                                        "in __conf_hyperg_luke."));
    211 
    212       return __F;
    213     }
    214 
    215 
    216     /**
    217      *   @brief  Return the confluent hypogeometric function
    218      *           @f$ _1F_1(a;c;x) @f$.
    219      * 
    220      *   @todo  Handle b == nonpositive integer blowup - return NaN.
    221      *
    222      *   @param  __a  The @a numerator parameter.
    223      *   @param  __c  The @a denominator parameter.
    224      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
    225      *   @return  The confluent hypergeometric function.
    226      */
    227     template<typename _Tp>
    228     _Tp
    229     __conf_hyperg(_Tp __a, _Tp __c, _Tp __x)
    230     {
    231 #if _GLIBCXX_USE_C99_MATH_TR1
    232       const _Tp __c_nint = _GLIBCXX_MATH_NS::nearbyint(__c);
    233 #else
    234       const _Tp __c_nint = static_cast<int>(__c + _Tp(0.5L));
    235 #endif
    236       if (__isnan(__a) || __isnan(__c) || __isnan(__x))
    237         return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
    238       else if (__c_nint == __c && __c_nint <= 0)
    239         return std::numeric_limits<_Tp>::infinity();
    240       else if (__a == _Tp(0))
    241         return _Tp(1);
    242       else if (__c == __a)
    243         return std::exp(__x);
    244       else if (__x < _Tp(0))
    245         return __conf_hyperg_luke(__a, __c, __x);
    246       else
    247         return __conf_hyperg_series(__a, __c, __x);
    248     }
    249 
    250 
    251     /**
    252      *   @brief Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$
    253      *   by series expansion.
    254      * 
    255      *   The hypogeometric function is defined by
    256      *   @f[
    257      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
    258      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
    259      *                      \frac{\Gamma(a+n)\Gamma(b+n)}{\Gamma(c+n)}
    260      *                      \frac{x^n}{n!}
    261      *   @f]
    262      * 
    263      *   This works and it's pretty fast.
    264      *
    265      *   @param  __a  The first @a numerator parameter.
    266      *   @param  __a  The second @a numerator parameter.
    267      *   @param  __c  The @a denominator parameter.
    268      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
    269      *   @return  The confluent hypergeometric function.
    270      */
    271     template<typename _Tp>
    272     _Tp
    273     __hyperg_series(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __x)
    274     {
    275       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
    276 
    277       _Tp __term = _Tp(1);
    278       _Tp __Fabc = _Tp(1);
    279       const unsigned int __max_iter = 100000;
    280       unsigned int __i;
    281       for (__i = 0; __i < __max_iter; ++__i)
    282         {
    283           __term *= (__a + _Tp(__i)) * (__b + _Tp(__i)) * __x
    284                   / ((__c + _Tp(__i)) * _Tp(1 + __i));
    285           if (std::abs(__term) < __eps)
    286             {
    287               break;
    288             }
    289           __Fabc += __term;
    290         }
    291       if (__i == __max_iter)
    292         std::__throw_runtime_error(__N("Series failed to converge "
    293                                        "in __hyperg_series."));
    294 
    295       return __Fabc;
    296     }
    297 
    298 
    299     /**
    300      *   @brief  Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$
    301      *           by an iterative procedure described in
    302      *           Luke, Algorithms for the Computation of Mathematical Functions.
    303      */
    304     template<typename _Tp>
    305     _Tp
    306     __hyperg_luke(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __xin)
    307     {
    308       const _Tp __big = std::pow(std::numeric_limits<_Tp>::max(), _Tp(0.16L));
    309       const int __nmax = 20000;
    310       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
    311       const _Tp __x  = -__xin;
    312       const _Tp __x3 = __x * __x * __x;
    313       const _Tp __t0 = __a * __b / __c;
    314       const _Tp __t1 = (__a + _Tp(1)) * (__b + _Tp(1)) / (_Tp(2) * __c);
    315       const _Tp __t2 = (__a + _Tp(2)) * (__b + _Tp(2))
    316                      / (_Tp(2) * (__c + _Tp(1)));
    317 
    318       _Tp __F = _Tp(1);
    319 
    320       _Tp __Bnm3 = _Tp(1);
    321       _Tp __Bnm2 = _Tp(1) + __t1 * __x;
    322       _Tp __Bnm1 = _Tp(1) + __t2 * __x * (_Tp(1) + __t1 / _Tp(3) * __x);
    323 
    324       _Tp __Anm3 = _Tp(1);
    325       _Tp __Anm2 = __Bnm2 - __t0 * __x;
    326       _Tp __Anm1 = __Bnm1 - __t0 * (_Tp(1) + __t2 * __x) * __x
    327                  + __t0 * __t1 * (__c / (__c + _Tp(1))) * __x * __x;
    328 
    329       int __n = 3;
    330       while (1)
    331         {
    332           const _Tp __npam1 = _Tp(__n - 1) + __a;
    333           const _Tp __npbm1 = _Tp(__n - 1) + __b;
    334           const _Tp __npcm1 = _Tp(__n - 1) + __c;
    335           const _Tp __npam2 = _Tp(__n - 2) + __a;
    336           const _Tp __npbm2 = _Tp(__n - 2) + __b;
    337           const _Tp __npcm2 = _Tp(__n - 2) + __c;
    338           const _Tp __tnm1  = _Tp(2 * __n - 1);
    339           const _Tp __tnm3  = _Tp(2 * __n - 3);
    340           const _Tp __tnm5  = _Tp(2 * __n - 5);
    341           const _Tp __n2 = __n * __n;
    342           const _Tp __F1 = (_Tp(3) * __n2 + (__a + __b - _Tp(6)) * __n
    343                          + _Tp(2) - __a * __b - _Tp(2) * (__a + __b))
    344                          / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm1);
    345           const _Tp __F2 = -(_Tp(3) * __n2 - (__a + __b + _Tp(6)) * __n
    346                          + _Tp(2) - __a * __b) * __npam1 * __npbm1
    347                          / (_Tp(4) * __tnm1 * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
    348           const _Tp __F3 = (__npam2 * __npam1 * __npbm2 * __npbm1
    349                          * (_Tp(__n - 2) - __a) * (_Tp(__n - 2) - __b))
    350                          / (_Tp(8) * __tnm3 * __tnm3 * __tnm5
    351                          * (_Tp(__n - 3) + __c) * __npcm2 * __npcm1);
    352           const _Tp __E  = -__npam1 * __npbm1 * (_Tp(__n - 1) - __c)
    353                          / (_Tp(2) * __tnm3 * __npcm2 * __npcm1);
    354 
    355           _Tp __An = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Anm1
    356                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Anm2 + __F3 * __x3 * __Anm3;
    357           _Tp __Bn = (_Tp(1) + __F1 * __x) * __Bnm1
    358                    + (__E + __F2 * __x) * __x * __Bnm2 + __F3 * __x3 * __Bnm3;
    359           const _Tp __r = __An / __Bn;
    360 
    361           const _Tp __prec = std::abs((__F - __r) / __F);
    362           __F = __r;
    363 
    364           if (__prec < __eps || __n > __nmax)
    365             break;
    366 
    367           if (std::abs(__An) > __big || std::abs(__Bn) > __big)
    368             {
    369               __An   /= __big;
    370               __Bn   /= __big;
    371               __Anm1 /= __big;
    372               __Bnm1 /= __big;
    373               __Anm2 /= __big;
    374               __Bnm2 /= __big;
    375               __Anm3 /= __big;
    376               __Bnm3 /= __big;
    377             }
    378           else if (std::abs(__An) < _Tp(1) / __big
    379                 || std::abs(__Bn) < _Tp(1) / __big)
    380             {
    381               __An   *= __big;
    382               __Bn   *= __big;
    383               __Anm1 *= __big;
    384               __Bnm1 *= __big;
    385               __Anm2 *= __big;
    386               __Bnm2 *= __big;
    387               __Anm3 *= __big;
    388               __Bnm3 *= __big;
    389             }
    390 
    391           ++__n;
    392           __Bnm3 = __Bnm2;
    393           __Bnm2 = __Bnm1;
    394           __Bnm1 = __Bn;
    395           __Anm3 = __Anm2;
    396           __Anm2 = __Anm1;
    397           __Anm1 = __An;
    398         }
    399 
    400       if (__n >= __nmax)
    401         std::__throw_runtime_error(__N("Iteration failed to converge "
    402                                        "in __hyperg_luke."));
    403 
    404       return __F;
    405     }
    406 
    407 
    408     /**
    409      *  @brief  Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$ 
    410      *  by the reflection formulae in Abramowitz & Stegun formula
    411      *  15.3.6 for d = c - a - b not integral and formula 15.3.11 for
    412      *  d = c - a - b integral.  This assumes a, b, c != negative
    413      *  integer.
    414      *
    415      *   The hypogeometric function is defined by
    416      *   @f[
    417      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
    418      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
    419      *                      \frac{\Gamma(a+n)\Gamma(b+n)}{\Gamma(c+n)}
    420      *                      \frac{x^n}{n!}
    421      *   @f]
    422      *
    423      *   The reflection formula for nonintegral @f$ d = c - a - b @f$ is:
    424      *   @f[
    425      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)\Gamma(d)}{\Gamma(c-a)\Gamma(c-b)}
    426      *                            _2F_1(a,b;1-d;1-x)
    427      *                    + \frac{\Gamma(c)\Gamma(-d)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
    428      *                            _2F_1(c-a,c-b;1+d;1-x)
    429      *   @f]
    430      *
    431      *   The reflection formula for integral @f$ m = c - a - b @f$ is:
    432      *   @f[
    433      *     _2F_1(a,b;a+b+m;x) = \frac{\Gamma(m)\Gamma(a+b+m)}{\Gamma(a+m)\Gamma(b+m)}
    434      *                        \sum_{k=0}^{m-1} \frac{(m+a)_k(m+b)_k}{k!(1-m)_k}
    435      *                      - 
    436      *   @f]
    437      */
    438     template<typename _Tp>
    439     _Tp
    440     __hyperg_reflect(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __x)
    441     {
    442       const _Tp __d = __c - __a - __b;
    443       const int __intd  = std::floor(__d + _Tp(0.5L));
    444       const _Tp __eps = std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
    445       const _Tp __toler = _Tp(1000) * __eps;
    446       const _Tp __log_max = std::log(std::numeric_limits<_Tp>::max());
    447       const bool __d_integer = (std::abs(__d - __intd) < __toler);
    448 
    449       if (__d_integer)
    450         {
    451           const _Tp __ln_omx = std::log(_Tp(1) - __x);
    452           const _Tp __ad = std::abs(__d);
    453           _Tp __F1, __F2;
    454 
    455           _Tp __d1, __d2;
    456           if (__d >= _Tp(0))
    457             {
    458               __d1 = __d;
    459               __d2 = _Tp(0);
    460             }
    461           else
    462             {
    463               __d1 = _Tp(0);
    464               __d2 = __d;
    465             }
    466 
    467           const _Tp __lng_c = __log_gamma(__c);
    468 
    469           //  Evaluate F1.
    470           if (__ad < __eps)
    471             {
    472               //  d = c - a - b = 0.
    473               __F1 = _Tp(0);
    474             }
    475           else
    476             {
    477 
    478               bool __ok_d1 = true;
    479               _Tp __lng_ad, __lng_ad1, __lng_bd1;
    480               __try
    481                 {
    482                   __lng_ad = __log_gamma(__ad);
    483                   __lng_ad1 = __log_gamma(__a + __d1);
    484                   __lng_bd1 = __log_gamma(__b + __d1);
    485                 }
    486               __catch(...)
    487                 {
    488                   __ok_d1 = false;
    489                 }
    490 
    491               if (__ok_d1)
    492                 {
    493                   /* Gamma functions in the denominator are ok.
    494                    * Proceed with evaluation.
    495                    */
    496                   _Tp __sum1 = _Tp(1);
    497                   _Tp __term = _Tp(1);
    498                   _Tp __ln_pre1 = __lng_ad + __lng_c + __d2 * __ln_omx
    499                                 - __lng_ad1 - __lng_bd1;
    500 
    501                   /* Do F1 sum.
    502                    */
    503                   for (int __i = 1; __i < __ad; ++__i)
    504                     {
    505                       const int __j = __i - 1;
    506                       __term *= (__a + __d2 + __j) * (__b + __d2 + __j)
    507                               / (_Tp(1) + __d2 + __j) / __i * (_Tp(1) - __x);
    508                       __sum1 += __term;
    509                     }
    510 
    511                   if (__ln_pre1 > __log_max)
    512                     std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions"
    513                                                    " in __hyperg_luke."));
    514                   else
    515                     __F1 = std::exp(__ln_pre1) * __sum1;
    516                 }
    517               else
    518                 {
    519                   //  Gamma functions in the denominator were not ok.
    520                   //  So the F1 term is zero.
    521                   __F1 = _Tp(0);
    522                 }
    523             } // end F1 evaluation
    524 
    525           // Evaluate F2.
    526           bool __ok_d2 = true;
    527           _Tp __lng_ad2, __lng_bd2;
    528           __try
    529             {
    530               __lng_ad2 = __log_gamma(__a + __d2);
    531               __lng_bd2 = __log_gamma(__b + __d2);
    532             }
    533           __catch(...)
    534             {
    535               __ok_d2 = false;
    536             }
    537 
    538           if (__ok_d2)
    539             {
    540               //  Gamma functions in the denominator are ok.
    541               //  Proceed with evaluation.
    542               const int __maxiter = 2000;
    543               const _Tp __psi_1 = -__numeric_constants<_Tp>::__gamma_e();
    544               const _Tp __psi_1pd = __psi(_Tp(1) + __ad);
    545               const _Tp __psi_apd1 = __psi(__a + __d1);
    546               const _Tp __psi_bpd1 = __psi(__b + __d1);
    547 
    548               _Tp __psi_term = __psi_1 + __psi_1pd - __psi_apd1
    549                              - __psi_bpd1 - __ln_omx;
    550               _Tp __fact = _Tp(1);
    551               _Tp __sum2 = __psi_term;
    552               _Tp __ln_pre2 = __lng_c + __d1 * __ln_omx
    553                             - __lng_ad2 - __lng_bd2;
    554 
    555               // Do F2 sum.
    556               int __j;
    557               for (__j = 1; __j < __maxiter; ++__j)
    558                 {
    559                   //  Values for psi functions use recurrence;
    560                   //  Abramowitz & Stegun 6.3.5
    561                   const _Tp __term1 = _Tp(1) / _Tp(__j)
    562                                     + _Tp(1) / (__ad + __j);
    563                   const _Tp __term2 = _Tp(1) / (__a + __d1 + _Tp(__j - 1))
    564                                     + _Tp(1) / (__b + __d1 + _Tp(__j - 1));
    565                   __psi_term += __term1 - __term2;
    566                   __fact *= (__a + __d1 + _Tp(__j - 1))
    567                           * (__b + __d1 + _Tp(__j - 1))
    568                           / ((__ad + __j) * __j) * (_Tp(1) - __x);
    569                   const _Tp __delta = __fact * __psi_term;
    570                   __sum2 += __delta;
    571                   if (std::abs(__delta) < __eps * std::abs(__sum2))
    572                     break;
    573                 }
    574               if (__j == __maxiter)
    575                 std::__throw_runtime_error(__N("Sum F2 failed to converge "
    576                                                "in __hyperg_reflect"));
    577 
    578               if (__sum2 == _Tp(0))
    579                 __F2 = _Tp(0);
    580               else
    581                 __F2 = std::exp(__ln_pre2) * __sum2;
    582             }
    583           else
    584             {
    585               // Gamma functions in the denominator not ok.
    586               // So the F2 term is zero.
    587               __F2 = _Tp(0);
    588             } // end F2 evaluation
    589 
    590           const _Tp __sgn_2 = (__intd % 2 == 1 ? -_Tp(1) : _Tp(1));
    591           const _Tp __F = __F1 + __sgn_2 * __F2;
    592 
    593           return __F;
    594         }
    595       else
    596         {
    597           //  d = c - a - b not an integer.
    598 
    599           //  These gamma functions appear in the denominator, so we
    600           //  catch their harmless domain errors and set the terms to zero.
    601           bool __ok1 = true;
    602           _Tp __sgn_g1ca = _Tp(0), __ln_g1ca = _Tp(0);
    603           _Tp __sgn_g1cb = _Tp(0), __ln_g1cb = _Tp(0);
    604           __try
    605             {
    606               __sgn_g1ca = __log_gamma_sign(__c - __a);
    607               __ln_g1ca = __log_gamma(__c - __a);
    608               __sgn_g1cb = __log_gamma_sign(__c - __b);
    609               __ln_g1cb = __log_gamma(__c - __b);
    610             }
    611           __catch(...)
    612             {
    613               __ok1 = false;
    614             }
    615 
    616           bool __ok2 = true;
    617           _Tp __sgn_g2a = _Tp(0), __ln_g2a = _Tp(0);
    618           _Tp __sgn_g2b = _Tp(0), __ln_g2b = _Tp(0);
    619           __try
    620             {
    621               __sgn_g2a = __log_gamma_sign(__a);
    622               __ln_g2a = __log_gamma(__a);
    623               __sgn_g2b = __log_gamma_sign(__b);
    624               __ln_g2b = __log_gamma(__b);
    625             }
    626           __catch(...)
    627             {
    628               __ok2 = false;
    629             }
    630 
    631           const _Tp __sgn_gc = __log_gamma_sign(__c);
    632           const _Tp __ln_gc = __log_gamma(__c);
    633           const _Tp __sgn_gd = __log_gamma_sign(__d);
    634           const _Tp __ln_gd = __log_gamma(__d);
    635           const _Tp __sgn_gmd = __log_gamma_sign(-__d);
    636           const _Tp __ln_gmd = __log_gamma(-__d);
    637 
    638           const _Tp __sgn1 = __sgn_gc * __sgn_gd  * __sgn_g1ca * __sgn_g1cb;
    639           const _Tp __sgn2 = __sgn_gc * __sgn_gmd * __sgn_g2a  * __sgn_g2b;
    640 
    641           _Tp __pre1, __pre2;
    642           if (__ok1 && __ok2)
    643             {
    644               _Tp __ln_pre1 = __ln_gc + __ln_gd  - __ln_g1ca - __ln_g1cb;
    645               _Tp __ln_pre2 = __ln_gc + __ln_gmd - __ln_g2a  - __ln_g2b
    646                             + __d * std::log(_Tp(1) - __x);
    647               if (__ln_pre1 < __log_max && __ln_pre2 < __log_max)
    648                 {
    649                   __pre1 = std::exp(__ln_pre1);
    650                   __pre2 = std::exp(__ln_pre2);
    651                   __pre1 *= __sgn1;
    652                   __pre2 *= __sgn2;
    653                 }
    654               else
    655                 {
    656                   std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions "
    657                                                  "in __hyperg_reflect"));
    658                 }
    659             }
    660           else if (__ok1 && !__ok2)
    661             {
    662               _Tp __ln_pre1 = __ln_gc + __ln_gd - __ln_g1ca - __ln_g1cb;
    663               if (__ln_pre1 < __log_max)
    664                 {
    665                   __pre1 = std::exp(__ln_pre1);
    666                   __pre1 *= __sgn1;
    667                   __pre2 = _Tp(0);
    668                 }
    669               else
    670                 {
    671                   std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions "
    672                                                  "in __hyperg_reflect"));
    673                 }
    674             }
    675           else if (!__ok1 && __ok2)
    676             {
    677               _Tp __ln_pre2 = __ln_gc + __ln_gmd - __ln_g2a - __ln_g2b
    678                             + __d * std::log(_Tp(1) - __x);
    679               if (__ln_pre2 < __log_max)
    680                 {
    681                   __pre1 = _Tp(0);
    682                   __pre2 = std::exp(__ln_pre2);
    683                   __pre2 *= __sgn2;
    684                 }
    685               else
    686                 {
    687                   std::__throw_runtime_error(__N("Overflow of gamma functions "
    688                                                  "in __hyperg_reflect"));
    689                 }
    690             }
    691           else
    692             {
    693               __pre1 = _Tp(0);
    694               __pre2 = _Tp(0);
    695               std::__throw_runtime_error(__N("Underflow of gamma functions "
    696                                              "in __hyperg_reflect"));
    697             }
    698 
    699           const _Tp __F1 = __hyperg_series(__a, __b, _Tp(1) - __d,
    700                                            _Tp(1) - __x);
    701           const _Tp __F2 = __hyperg_series(__c - __a, __c - __b, _Tp(1) + __d,
    702                                            _Tp(1) - __x);
    703 
    704           const _Tp __F = __pre1 * __F1 + __pre2 * __F2;
    705 
    706           return __F;
    707         }
    708     }
    709 
    710 
    711     /**
    712      *   @brief Return the hypogeometric function @f$ _2F_1(a,b;c;x) @f$.
    713      *
    714      *   The hypogeometric function is defined by
    715      *   @f[
    716      *     _2F_1(a,b;c;x) = \frac{\Gamma(c)}{\Gamma(a)\Gamma(b)}
    717      *                      \sum_{n=0}^{\infty}
    718      *                      \frac{\Gamma(a+n)\Gamma(b+n)}{\Gamma(c+n)}
    719      *                      \frac{x^n}{n!}
    720      *   @f]
    721      *
    722      *   @param  __a  The first @a numerator parameter.
    723      *   @param  __a  The second @a numerator parameter.
    724      *   @param  __c  The @a denominator parameter.
    725      *   @param  __x  The argument of the confluent hypergeometric function.
    726      *   @return  The confluent hypergeometric function.
    727      */
    728     template<typename _Tp>
    729     _Tp
    730     __hyperg(_Tp __a, _Tp __b, _Tp __c, _Tp __x)
    731     {
    732 #if _GLIBCXX_USE_C99_MATH_TR1
    733       const _Tp __a_nint = _GLIBCXX_MATH_NS::nearbyint(__a);
    734       const _Tp __b_nint = _GLIBCXX_MATH_NS::nearbyint(__b);
    735       const _Tp __c_nint = _GLIBCXX_MATH_NS::nearbyint(__c);
    736 #else
    737       const _Tp __a_nint = static_cast<int>(__a + _Tp(0.5L));
    738       const _Tp __b_nint = static_cast<int>(__b + _Tp(0.5L));
    739       const _Tp __c_nint = static_cast<int>(__c + _Tp(0.5L));
    740 #endif
    741       const _Tp __toler = _Tp(1000) * std::numeric_limits<_Tp>::epsilon();
    742       if (std::abs(__x) >= _Tp(1))
    743         std::__throw_domain_error(__N("Argument outside unit circle "
    744                                       "in __hyperg."));
    745       else if (__isnan(__a) || __isnan(__b)
    746             || __isnan(__c) || __isnan(__x))
    747         return std::numeric_limits<_Tp>::quiet_NaN();
    748       else if (__c_nint == __c && __c_nint <= _Tp(0))
    749         return std::numeric_limits<_Tp>::infinity();
    750       else if (std::abs(__c - __b) < __toler || std::abs(__c - __a) < __toler)
    751         return std::pow(_Tp(1) - __x, __c - __a - __b);
    752       else if (__a >= _Tp(0) && __b >= _Tp(0) && __c >= _Tp(0)
    753             && __x >= _Tp(0) && __x < _Tp(0.995L))
    754         return __hyperg_series(__a, __b, __c, __x);
    755       else if (std::abs(__a) < _Tp(10) && std::abs(__b) < _Tp(10))
    756         {
    757           //  For integer a and b the hypergeometric function is a
    758           //  finite polynomial.
    759           if (__a < _Tp(0)  &&  std::abs(__a - __a_nint) < __toler)
    760             return __hyperg_series(__a_nint, __b, __c, __x);
    761           else if (__b < _Tp(0)  &&  std::abs(__b - __b_nint) < __toler)
    762             return __hyperg_series(__a, __b_nint, __c, __x);
    763           else if (__x < -_Tp(0.25L))
    764             return __hyperg_luke(__a, __b, __c, __x);
    765           else if (__x < _Tp(0.5L))
    766             return __hyperg_series(__a, __b, __c, __x);
    767           else
    768             if (std::abs(__c) > _Tp(10))
    769               return __hyperg_series(__a, __b, __c, __x);
    770             else
    771               return __hyperg_reflect(__a, __b, __c, __x);
    772         }
    773       else
    774         return __hyperg_luke(__a, __b, __c, __x);
    775     }
    776   } // namespace __detail
    777 #undef _GLIBCXX_MATH_NS
    778 #if ! _GLIBCXX_USE_STD_SPEC_FUNCS && defined(_GLIBCXX_TR1_CMATH)
    779 } // namespace tr1
    780 #endif
    781 
    782 _GLIBCXX_END_NAMESPACE_VERSION
    783 }
    784 
    785 #endif // _GLIBCXX_TR1_HYPERGEOMETRIC_TCC
    786