xref: /illumos-gate/usr/src/lib/libm/common/LD/__lgammal.c (revision 20a7641f9918de8574b8b3b47dbe35c4bfc78df1)
1 /*
2  * CDDL HEADER START
3  *
4  * The contents of this file are subject to the terms of the
5  * Common Development and Distribution License (the "License").
6  * You may not use this file except in compliance with the License.
7  *
8  * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
10  * See the License for the specific language governing permissions
11  * and limitations under the License.
12  *
13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
16  * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
18  *
19  * CDDL HEADER END
20  */
21 
22 /*
23  * Copyright 2011 Nexenta Systems, Inc.  All rights reserved.
24  */
25 /*
26  * Copyright 2006 Sun Microsystems, Inc.  All rights reserved.
27  * Use is subject to license terms.
28  */
29 
30 /*
31  * long double __k_lgammal(long double x, int *signgamlp);
32  * K.C. Ng, August, 1989.
33  *
34  * We choose [1.5,2.5] to be the primary interval. Our algorithms
35  * are mainly derived from
36  *
37  *
38  *                             zeta(2)-1    2    zeta(3)-1    3
39  * lgamma(2+s) = s*(1-euler) + --------- * s  -  --------- * s  + ...
40  *                                 2                 3
41  *
42  *
43  * Note 1. Since gamma(1+s)=s*gamma(s), hence
44  *		lgamma(1+s) = log(s) + lgamma(s), or
45  *		lgamma(s) = lgamma(1+s) - log(s).
46  *	   When s is really tiny (like roundoff), lgamma(1+s) ~ s(1-enler)
47  *	   Hence lgamma(s) ~ -log(s) for tiny s
48  *
49  */
50 
51 #include "libm.h"
52 #include "longdouble.h"
53 
54 static long double neg(long double, int *);
55 static long double poly(long double, const long double *, int);
56 static long double polytail(long double);
57 static long double primary(long double);
58 
59 static const long double
60 c0 =	 0.0L,
61 ch =	 0.5L,
62 c1 =	 1.0L,
63 c2 =	 2.0L,
64 c3 =	 3.0L,
65 c4 =	 4.0L,
66 c5 =	 5.0L,
67 c6 =	 6.0L,
68 pi =	 3.1415926535897932384626433832795028841971L,
69 tiny =   1.0e-40L;
70 
71 long double
72 __k_lgammal(long double x, int *signgamlp) {
73 	long double t, y;
74 	int i;
75 
76 	/* purge off +-inf, NaN and negative arguments */
77 	if (!finitel(x))
78 		return (x*x);
79 	*signgamlp = 1;
80 	if (signbitl(x))
81 		return (neg(x, signgamlp));
82 
83 	/* for x < 8.0 */
84 	if (x < 8.0L) {
85 	    y = anintl(x);
86 	    i = (int) y;
87 	    switch (i) {
88 	    case 0:
89 		if (x < 1.0e-40L)
90 			return (-logl(x));
91 		else
92 			return (primary(x)-log1pl(x))-logl(x);
93 	    case 1:
94 		return (primary(x-y)-logl(x));
95 	    case 2:
96 		return (primary(x-y));
97 	    case 3:
98 		return (primary(x-y)+logl(x-c1));
99 	    case 4:
100 		return (primary(x-y)+logl((x-c1)*(x-c2)));
101 	    case 5:
102 		return (primary(x-y)+logl((x-c1)*(x-c2)*(x-c3)));
103 	    case 6:
104 		return (primary(x-y)+logl((x-c1)*(x-c2)*(x-c3)*(x-c4)));
105 	    case 7:
106 		return (primary(x-y)+logl((x-c1)*(x-c2)*(x-c3)*(x-c4)*(x-c5)));
107 	    case 8:
108 		return primary(x-y)+
109 			logl((x-c1)*(x-c2)*(x-c3)*(x-c4)*(x-c5)*(x-c6));
110 	    }
111 	}
112 
113 	/* 8.0 <= x < 1.0e40 */
114 	if (x < 1.0e40L) {
115 	    t = logl(x);
116 	    return (x*(t-c1)-(ch*t-polytail(c1/x)));
117 	}
118 
119 	/* 1.0e40 <= x <= inf */
120 	return (x*(logl(x)-c1));
121 }
122 
123 static const long double an1[] = {		/* 20 terms */
124 	-0.0772156649015328606065120900824024309741L,
125 	3.224670334241132182362075833230130289059e-0001L,
126 	-6.735230105319809513324605383668929964120e-0002L,
127 	2.058080842778454787900092432928910226297e-0002L,
128 	-7.385551028673985266273054086081102125704e-0003L,
129 	2.890510330741523285758867304409628648727e-0003L,
130 	-1.192753911703260976581414338096267498555e-0003L,
131 	5.096695247430424562831956662855697824035e-0004L,
132 	-2.231547584535777978926798502084300123638e-0004L,
133 	9.945751278186384670278268034322157947635e-0005L,
134 	-4.492623673665547726647838474125147631082e-0005L,
135 	2.050721280617796810096993154281561168706e-0005L,
136 	-9.439487785617396552092393234044767313568e-0006L,
137 	4.374872903516051510689234173139793159340e-0006L,
138 	-2.039156676413643091040459825776029327487e-0006L,
139 	9.555777181318621470466563543806211523634e-0007L,
140 	-4.468344919709630637558538313482398989638e-0007L,
141 	2.216738086090045781773004477831059444178e-0007L,
142 	-7.472783403418388455860445842543843485916e-0008L,
143 	8.777317930927149922056782132706238921648e-0008L,
144 };
145 
146 static const long double an2[] = {		/* 20 terms */
147   -.0772156649015328606062692723698127607018L,
148    3.224670334241132182635552349060279118047e-0001L,
149   -6.735230105319809367555642883133994818325e-0002L,
150    2.058080842778459676880822202762143671813e-0002L,
151   -7.385551028672828216011343150077846918930e-0003L,
152    2.890510330762060607399561536905727853178e-0003L,
153   -1.192753911419623262328187532759756368041e-0003L,
154    5.096695278636456678258091134532258618614e-0004L,
155   -2.231547306817535743052975194022893369135e-0004L,
156    9.945771461633313282744264853986643877087e-0005L,
157   -4.492503279458972037926876061257489481619e-0005L,
158    2.051311416812082875492678651369394595613e-0005L,
159   -9.415778282365955203915850761537462941165e-0006L,
160    4.452428829045147098722932981088650055919e-0006L,
161   -1.835024727987632579886951760650722695781e-0006L,
162    1.379783080658545009579060714946381462565e-0006L,
163    2.282637532109775156769736768748402175238e-0007L,
164    1.002577375515900191362119718128149880168e-0006L,
165    5.177028794262638311939991106423220002463e-0007L,
166    3.127947245174847104122426445937830555755e-0007L,
167 };
168 
169 static const long double an3[] = {		/* 20 terms */
170   -.0772156649015328227870646417729220690875L,
171    3.224670334241156699881788955959915250365e-0001L,
172   -6.735230105312273571375431059744975563170e-0002L,
173    2.058080842924464587662846071337083809005e-0002L,
174   -7.385551008677271654723604653956131791619e-0003L,
175    2.890510536479782086197110272583833176602e-0003L,
176   -1.192752262076857692740571567808259138697e-0003L,
177    5.096800771149805289371135155128380707889e-0004L,
178   -2.231000836682831335505058492409860123647e-0004L,
179    9.968912171073936803871803966360595275047e-0005L,
180   -4.412020779327746243544387946167256187258e-0005L,
181    2.281374113541454151067016632998630209049e-0005L,
182   -4.028361291428629491824694655287954266830e-0006L,
183    1.470694920619518924598956849226530750139e-0005L,
184    1.381686137617987197975289545582377713772e-0005L,
185    2.012493539265777728944759982054970441601e-0005L,
186    1.723917864208965490251560644681933675799e-0005L,
187    1.202954035243788300138608765425123713395e-0005L,
188    5.079851887558623092776296577030850938146e-0006L,
189    1.220657945824153751555138592006604026282e-0006L,
190 };
191 
192 static const long double an4[] = {		/* 21 terms */
193   -.0772156649015732285350261816697540392371L,
194    3.224670334221752060691751340365212226097e-0001L,
195   -6.735230109744009693977755991488196368279e-0002L,
196    2.058080778913037626909954141611580783216e-0002L,
197   -7.385557567931505621170483708950557506819e-0003L,
198    2.890459838416254326340844289785254883436e-0003L,
199   -1.193059036207136762877351596966718455737e-0003L,
200    5.081914708100372836613371356529568937869e-0004L,
201   -2.289855016133600313131553005982542045338e-0004L,
202    8.053454537980585879620331053833498511491e-0005L,
203   -9.574620532104845821243493405855672438998e-0005L,
204   -9.269085628207107155601445001196317715686e-0005L,
205   -2.183276779859490461716196344776208220180e-0004L,
206   -3.134834305597571096452454999737269668868e-0004L,
207   -3.973878894951937437018305986901392888619e-0004L,
208   -3.953352414899222799161275564386488057119e-0004L,
209   -3.136740932204038779362660900621212816511e-0004L,
210   -1.884502253819634073946130825196078627664e-0004L,
211   -8.192655799958926853585332542123631379301e-0005L,
212   -2.292183750010571062891605074281744854436e-0005L,
213   -3.223980628729716864927724265781406614294e-0006L,
214 };
215 
216 static const long double ap1[] = {			/* 19 terms */
217   -0.0772156649015328606065120900824024296961L,
218    3.224670334241132182362075833230047956465e-0001L,
219   -6.735230105319809513324605382963943777301e-0002L,
220    2.058080842778454787900092126606252375465e-0002L,
221   -7.385551028673985266272518231365020063941e-0003L,
222    2.890510330741523285681704570797770736423e-0003L,
223   -1.192753911703260971285304221165990244515e-0003L,
224    5.096695247430420878696018188830886972245e-0004L,
225   -2.231547584535654004647639737841526025095e-0004L,
226    9.945751278137201960636098805852315982919e-0005L,
227   -4.492623672777606053587919463929044226280e-0005L,
228    2.050721258703289487603702670753053765201e-0005L,
229   -9.439485626565616989352750672499008021041e-0006L,
230    4.374838162403994645138200419356844574219e-0006L,
231   -2.038979492862555348577006944451002161496e-0006L,
232    9.536763152382263548086981191378885102802e-0007L,
233   -4.426111214332434049863595231916564014913e-0007L,
234    1.911148847512947464234633846270287546882e-0007L,
235   -5.788673944861923038157839080272303519671e-0008L,
236 };
237 
238 static const long double ap2[] = {			/* 19 terms */
239   -0.077215664901532860606428624449354836087L,
240    3.224670334241132182271948744265855440139e-0001L,
241   -6.735230105319809467356126599005051676203e-0002L,
242    2.058080842778453315716389815213496002588e-0002L,
243   -7.385551028673653323064118422580096222959e-0003L,
244    2.890510330735923572088003424849289006039e-0003L,
245   -1.192753911629952368606185543945790688144e-0003L,
246    5.096695239806718875364547587043220998766e-0004L,
247   -2.231547520600616108991867127392089144886e-0004L,
248    9.945746913898151120612322833059416008973e-0005L,
249   -4.492599307461977003570224943054585729684e-0005L,
250    2.050609891889165453592046505651759999090e-0005L,
251   -9.435329866734193796540515247917165988579e-0006L,
252    4.362267138522223236241016136585565144581e-0006L,
253   -2.008556356653246579300491601497510230557e-0006L,
254    8.961498103387207161105347118042844354395e-0007L,
255   -3.614187228330216282235692806488341157741e-0007L,
256    1.136978988247816860500420915014777753153e-0007L,
257   -2.000532786387196664019286514899782691776e-0008L,
258 };
259 
260 static const long double ap3[] = {			/* 19 terms */
261   -0.077215664901532859888521470795348856446L,
262    3.224670334241131733364048614484228443077e-0001L,
263   -6.735230105319676541660495145259038151576e-0002L,
264    2.058080842775975461837768839015444273830e-0002L,
265   -7.385551028347615729728618066663566606906e-0003L,
266    2.890510327517954083379032008643080256676e-0003L,
267   -1.192753886919470728001821137439430882603e-0003L,
268    5.096693728898932234814903769146577482912e-0004L,
269   -2.231540055048827662528594010961874258037e-0004L,
270    9.945446210018649311491619999438833843723e-0005L,
271   -4.491608206598064519190236245753867697750e-0005L,
272    2.047939071322271016498065052853746466669e-0005L,
273   -9.376824046522786006677541036631536790762e-0006L,
274    4.259329829498149111582277209189150127347e-0006L,
275   -1.866064770421594266702176289764212873428e-0006L,
276    7.462066721137579592928128104534957135669e-0007L,
277   -2.483546217529077735074007138457678727371e-0007L,
278    5.915166576378161473299324673649144297574e-0008L,
279   -7.334139641706988966966252333759604701905e-0009L,
280 };
281 
282 static const long double ap4[] = {			/* 19 terms */
283   -0.0772156649015326785569313252637238673675L,
284    3.224670334241051435008842685722468344822e-0001L,
285   -6.735230105302832007479431772160948499254e-0002L,
286    2.058080842553481183648529360967441889912e-0002L,
287   -7.385551007602909242024706804659879199244e-0003L,
288    2.890510182473907253939821312248303471206e-0003L,
289   -1.192753098427856770847894497586825614450e-0003L,
290    5.096659636418811568063339214203693550804e-0004L,
291   -2.231421144004355691166194259675004483639e-0004L,
292    9.942073842343832132754332881883387625136e-0005L,
293   -4.483809261973204531263252655050701205397e-0005L,
294    2.033260142610284888319116654931994447173e-0005L,
295   -9.153539544026646699870528191410440585796e-0006L,
296    3.988460469925482725894144688699584997971e-0006L,
297   -1.609692980087029172567957221850825977621e-0006L,
298    5.634916377249975825399706694496688803488e-0007L,
299   -1.560065465929518563549083208482591437696e-0007L,
300    2.961350193868935325526962209019387821584e-0008L,
301   -2.834602215195368130104649234505033159842e-0009L,
302 };
303 
304 static long double
305 primary(long double s) {	/* assume |s|<=0.5 */
306 	int i;
307 
308 	i = (int) (8.0L * (s + 0.5L));
309 	switch (i) {
310 	case 0:	return ch*s+s*poly(s, an4, 21);
311 	case 1:	return ch*s+s*poly(s, an3, 20);
312 	case 2:	return ch*s+s*poly(s, an2, 20);
313 	case 3:	return ch*s+s*poly(s, an1, 20);
314 	case 4:	return ch*s+s*poly(s, ap1, 19);
315 	case 5:	return ch*s+s*poly(s, ap2, 19);
316 	case 6:	return ch*s+s*poly(s, ap3, 19);
317 	case 7:	return ch*s+s*poly(s, ap4, 19);
318 	}
319 	/* NOTREACHED */
320     return (0.0L);
321 }
322 
323 static long double
324 poly(long double s, const long double *p, int n) {
325 	long double y;
326 	int i;
327 	y = p[n-1];
328 	for (i = n-2; i >= 0; i--) y = p[i]+s*y;
329 	return (y);
330 }
331 
332 static const long double pt[] = {
333    9.189385332046727417803297364056176804663e-0001L,
334    8.333333333333333333333333333331286969123e-0002L,
335   -2.777777777777777777777777553194796036402e-0003L,
336    7.936507936507936507927283071433584248176e-0004L,
337   -5.952380952380952362351042163192634108297e-0004L,
338    8.417508417508395661774286645578379460131e-0004L,
339   -1.917526917525263651186066417934685675649e-0003L,
340    6.410256409395203164659292973142293199083e-0003L,
341   -2.955065327248303301763594514012418438188e-0002L,
342    1.796442830099067542945998615411893822886e-0001L,
343   -1.392413465829723742489974310411118662919e+0000L,
344    1.339984238037267658352656597960492029261e+0001L,
345   -1.564707657605373662425785904278645727813e+0002L,
346    2.156323807499211356127813962223067079300e+0003L,
347   -3.330486427626223184647299834137041307569e+0004L,
348    5.235535072011889213611369254140123518699e+0005L,
349   -7.258160984602220710491988573430212593080e+0006L,
350    7.316526934569686459641438882340322673357e+0007L,
351   -3.806450279064900548836571789284896711473e+0008L,
352 };
353 
354 static long double
355 polytail(long double s) {
356 	long double t, z;
357 	int i;
358 	z = s*s;
359 	t = pt[18];
360 	for (i = 17; i >= 1; i--) t = pt[i]+z*t;
361 	return (pt[0]+s*t);
362 }
363 
364 static long double
365 neg(long double z, int *signgamlp) {
366 	long double t, p;
367 
368 	/*
369 	 * written by K.C. Ng,  Feb 2, 1989.
370 	 *
371 	 * Since
372 	 *		-z*G(-z)*G(z) = pi/sin(pi*z),
373 	 * we have
374 	 * 	G(-z) = -pi/(sin(pi*z)*G(z)*z)
375 	 *		  =  pi/(sin(pi*(-z))*G(z)*z)
376 	 * Algorithm
377 	 *		z = |z|
378 	 *		t = sinpi(z); ...note that when z>2**112, z is an int
379 	 *		and hence t=0.
380 	 *
381 	 *		if (t == 0.0) return 1.0/0.0;
382 	 *		if (t< 0.0) *signgamlp = -1; else t= -t;
383 	 *		if (z<1.0e-40)	...tiny z
384 	 *		    return -log(z);
385 	 *		else
386 	 *		    return log(pi/(t*z))-lgamma(z);
387 	 *
388 	 */
389 
390 	t = sinpil(z);			/* t := sin(pi*z) */
391 	if (t == c0)  			/* return   1.0/0.0 =  +INF */
392 	    return (c1/c0);
393 
394 	z = -z;
395 	if (z <= tiny)
396 	    p = -logl(z);
397 	else
398 		p = logl(pi/(fabsl(t)*z)) - __k_lgammal(z, signgamlp);
399 	if (t < c0) *signgamlp = -1;
400 	return (p);
401 }
402