xref: /illumos-gate/usr/src/lib/libm/common/Q/__lgammal.c (revision 4c28a617e3922d92a58e813a5b955eb526b9c386)
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)) return x*x;
78 	*signgamlp = 1;
79 	if (signbitl(x)) return (neg(x,signgamlp));
80 
81     /* for x < 8.0 */
82 	if (x<8.0L) {
83 	    y = anintl(x);
84 	    i = (int) y;
85 	    switch(i) {
86 	    case 0:
87 		if (x<1.0e-40L) return -logl(x); else
88 		return (primary(x)-log1pl(x))-logl(x);
89 	    case 1:
90 		return primary(x-y)-logl(x);
91 	    case 2:
92 		return primary(x-y);
93 	    case 3:
94 		return primary(x-y)+logl(x-c1);
95 	    case 4:
96 		return primary(x-y)+logl((x-c1)*(x-c2));
97 	    case 5:
98 		return primary(x-y)+logl((x-c1)*(x-c2)*(x-c3));
99 	    case 6:
100 		return primary(x-y)+logl((x-c1)*(x-c2)*(x-c3)*(x-c4));
101 	    case 7:
102 		return primary(x-y)+logl((x-c1)*(x-c2)*(x-c3)*(x-c4)*(x-c5));
103 	    case 8:
104 		return primary(x-y)+
105 			logl((x-c1)*(x-c2)*(x-c3)*(x-c4)*(x-c5)*(x-c6));
106 	    }
107 	}
108 
109     /* 8.0 <= x < 1.0e40 */
110 	if (x < 1.0e40L) {
111 	    t = logl(x);
112 	    return x*(t-c1)-(ch*t-polytail(c1/x));
113 	}
114 
115     /* 1.0e40 <= x <= inf */
116 	return x*(logl(x)-c1);
117 }
118 
119 static const long double an1[] = {		/* 20 terms */
120   -0.0772156649015328606065120900824024309741L,
121    3.224670334241132182362075833230130289059e-0001L,
122   -6.735230105319809513324605383668929964120e-0002L,
123    2.058080842778454787900092432928910226297e-0002L,
124   -7.385551028673985266273054086081102125704e-0003L,
125    2.890510330741523285758867304409628648727e-0003L,
126   -1.192753911703260976581414338096267498555e-0003L,
127    5.096695247430424562831956662855697824035e-0004L,
128   -2.231547584535777978926798502084300123638e-0004L,
129    9.945751278186384670278268034322157947635e-0005L,
130   -4.492623673665547726647838474125147631082e-0005L,
131    2.050721280617796810096993154281561168706e-0005L,
132   -9.439487785617396552092393234044767313568e-0006L,
133    4.374872903516051510689234173139793159340e-0006L,
134   -2.039156676413643091040459825776029327487e-0006L,
135    9.555777181318621470466563543806211523634e-0007L,
136   -4.468344919709630637558538313482398989638e-0007L,
137    2.216738086090045781773004477831059444178e-0007L,
138   -7.472783403418388455860445842543843485916e-0008L,
139    8.777317930927149922056782132706238921648e-0008L,
140 };
141 
142 static const long double an2[] = {		/* 20 terms */
143   -.0772156649015328606062692723698127607018L,
144    3.224670334241132182635552349060279118047e-0001L,
145   -6.735230105319809367555642883133994818325e-0002L,
146    2.058080842778459676880822202762143671813e-0002L,
147   -7.385551028672828216011343150077846918930e-0003L,
148    2.890510330762060607399561536905727853178e-0003L,
149   -1.192753911419623262328187532759756368041e-0003L,
150    5.096695278636456678258091134532258618614e-0004L,
151   -2.231547306817535743052975194022893369135e-0004L,
152    9.945771461633313282744264853986643877087e-0005L,
153   -4.492503279458972037926876061257489481619e-0005L,
154    2.051311416812082875492678651369394595613e-0005L,
155   -9.415778282365955203915850761537462941165e-0006L,
156    4.452428829045147098722932981088650055919e-0006L,
157   -1.835024727987632579886951760650722695781e-0006L,
158    1.379783080658545009579060714946381462565e-0006L,
159    2.282637532109775156769736768748402175238e-0007L,
160    1.002577375515900191362119718128149880168e-0006L,
161    5.177028794262638311939991106423220002463e-0007L,
162    3.127947245174847104122426445937830555755e-0007L,
163 };
164 
165 static const long double an3[] = {		/* 20 terms */
166   -.0772156649015328227870646417729220690875L,
167    3.224670334241156699881788955959915250365e-0001L,
168   -6.735230105312273571375431059744975563170e-0002L,
169    2.058080842924464587662846071337083809005e-0002L,
170   -7.385551008677271654723604653956131791619e-0003L,
171    2.890510536479782086197110272583833176602e-0003L,
172   -1.192752262076857692740571567808259138697e-0003L,
173    5.096800771149805289371135155128380707889e-0004L,
174   -2.231000836682831335505058492409860123647e-0004L,
175    9.968912171073936803871803966360595275047e-0005L,
176   -4.412020779327746243544387946167256187258e-0005L,
177    2.281374113541454151067016632998630209049e-0005L,
178   -4.028361291428629491824694655287954266830e-0006L,
179    1.470694920619518924598956849226530750139e-0005L,
180    1.381686137617987197975289545582377713772e-0005L,
181    2.012493539265777728944759982054970441601e-0005L,
182    1.723917864208965490251560644681933675799e-0005L,
183    1.202954035243788300138608765425123713395e-0005L,
184    5.079851887558623092776296577030850938146e-0006L,
185    1.220657945824153751555138592006604026282e-0006L,
186 };
187 
188 static const long double an4[] = {		/* 21 terms */
189   -.0772156649015732285350261816697540392371L,
190    3.224670334221752060691751340365212226097e-0001L,
191   -6.735230109744009693977755991488196368279e-0002L,
192    2.058080778913037626909954141611580783216e-0002L,
193   -7.385557567931505621170483708950557506819e-0003L,
194    2.890459838416254326340844289785254883436e-0003L,
195   -1.193059036207136762877351596966718455737e-0003L,
196    5.081914708100372836613371356529568937869e-0004L,
197   -2.289855016133600313131553005982542045338e-0004L,
198    8.053454537980585879620331053833498511491e-0005L,
199   -9.574620532104845821243493405855672438998e-0005L,
200   -9.269085628207107155601445001196317715686e-0005L,
201   -2.183276779859490461716196344776208220180e-0004L,
202   -3.134834305597571096452454999737269668868e-0004L,
203   -3.973878894951937437018305986901392888619e-0004L,
204   -3.953352414899222799161275564386488057119e-0004L,
205   -3.136740932204038779362660900621212816511e-0004L,
206   -1.884502253819634073946130825196078627664e-0004L,
207   -8.192655799958926853585332542123631379301e-0005L,
208   -2.292183750010571062891605074281744854436e-0005L,
209   -3.223980628729716864927724265781406614294e-0006L,
210 };
211 
212 static const long double ap1[] = {			/* 19 terms */
213   -0.0772156649015328606065120900824024296961L,
214    3.224670334241132182362075833230047956465e-0001L,
215   -6.735230105319809513324605382963943777301e-0002L,
216    2.058080842778454787900092126606252375465e-0002L,
217   -7.385551028673985266272518231365020063941e-0003L,
218    2.890510330741523285681704570797770736423e-0003L,
219   -1.192753911703260971285304221165990244515e-0003L,
220    5.096695247430420878696018188830886972245e-0004L,
221   -2.231547584535654004647639737841526025095e-0004L,
222    9.945751278137201960636098805852315982919e-0005L,
223   -4.492623672777606053587919463929044226280e-0005L,
224    2.050721258703289487603702670753053765201e-0005L,
225   -9.439485626565616989352750672499008021041e-0006L,
226    4.374838162403994645138200419356844574219e-0006L,
227   -2.038979492862555348577006944451002161496e-0006L,
228    9.536763152382263548086981191378885102802e-0007L,
229   -4.426111214332434049863595231916564014913e-0007L,
230    1.911148847512947464234633846270287546882e-0007L,
231   -5.788673944861923038157839080272303519671e-0008L,
232 };
233 
234 static const long double ap2[] = {			/* 19 terms */
235   -0.077215664901532860606428624449354836087L,
236    3.224670334241132182271948744265855440139e-0001L,
237   -6.735230105319809467356126599005051676203e-0002L,
238    2.058080842778453315716389815213496002588e-0002L,
239   -7.385551028673653323064118422580096222959e-0003L,
240    2.890510330735923572088003424849289006039e-0003L,
241   -1.192753911629952368606185543945790688144e-0003L,
242    5.096695239806718875364547587043220998766e-0004L,
243   -2.231547520600616108991867127392089144886e-0004L,
244    9.945746913898151120612322833059416008973e-0005L,
245   -4.492599307461977003570224943054585729684e-0005L,
246    2.050609891889165453592046505651759999090e-0005L,
247   -9.435329866734193796540515247917165988579e-0006L,
248    4.362267138522223236241016136585565144581e-0006L,
249   -2.008556356653246579300491601497510230557e-0006L,
250    8.961498103387207161105347118042844354395e-0007L,
251   -3.614187228330216282235692806488341157741e-0007L,
252    1.136978988247816860500420915014777753153e-0007L,
253   -2.000532786387196664019286514899782691776e-0008L,
254 };
255 
256 static const long double ap3[] = {			/* 19 terms */
257   -0.077215664901532859888521470795348856446L,
258    3.224670334241131733364048614484228443077e-0001L,
259   -6.735230105319676541660495145259038151576e-0002L,
260    2.058080842775975461837768839015444273830e-0002L,
261   -7.385551028347615729728618066663566606906e-0003L,
262    2.890510327517954083379032008643080256676e-0003L,
263   -1.192753886919470728001821137439430882603e-0003L,
264    5.096693728898932234814903769146577482912e-0004L,
265   -2.231540055048827662528594010961874258037e-0004L,
266    9.945446210018649311491619999438833843723e-0005L,
267   -4.491608206598064519190236245753867697750e-0005L,
268    2.047939071322271016498065052853746466669e-0005L,
269   -9.376824046522786006677541036631536790762e-0006L,
270    4.259329829498149111582277209189150127347e-0006L,
271   -1.866064770421594266702176289764212873428e-0006L,
272    7.462066721137579592928128104534957135669e-0007L,
273   -2.483546217529077735074007138457678727371e-0007L,
274    5.915166576378161473299324673649144297574e-0008L,
275   -7.334139641706988966966252333759604701905e-0009L,
276 };
277 
278 static const long double ap4[] = {			/* 19 terms */
279   -0.0772156649015326785569313252637238673675L,
280    3.224670334241051435008842685722468344822e-0001L,
281   -6.735230105302832007479431772160948499254e-0002L,
282    2.058080842553481183648529360967441889912e-0002L,
283   -7.385551007602909242024706804659879199244e-0003L,
284    2.890510182473907253939821312248303471206e-0003L,
285   -1.192753098427856770847894497586825614450e-0003L,
286    5.096659636418811568063339214203693550804e-0004L,
287   -2.231421144004355691166194259675004483639e-0004L,
288    9.942073842343832132754332881883387625136e-0005L,
289   -4.483809261973204531263252655050701205397e-0005L,
290    2.033260142610284888319116654931994447173e-0005L,
291   -9.153539544026646699870528191410440585796e-0006L,
292    3.988460469925482725894144688699584997971e-0006L,
293   -1.609692980087029172567957221850825977621e-0006L,
294    5.634916377249975825399706694496688803488e-0007L,
295   -1.560065465929518563549083208482591437696e-0007L,
296    2.961350193868935325526962209019387821584e-0008L,
297   -2.834602215195368130104649234505033159842e-0009L,
298 };
299 
300 static long double
301 primary(long double s) {	/* assume |s|<=0.5 */
302 	int i;
303 
304 	i = (int) (8.0L * (s + 0.5L));
305 	switch(i) {
306 	case 0:	return ch*s+s*poly(s,an4,21);
307 	case 1:	return ch*s+s*poly(s,an3,20);
308 	case 2:	return ch*s+s*poly(s,an2,20);
309 	case 3:	return ch*s+s*poly(s,an1,20);
310 	case 4:	return ch*s+s*poly(s,ap1,19);
311 	case 5:	return ch*s+s*poly(s,ap2,19);
312 	case 6:	return ch*s+s*poly(s,ap3,19);
313 	case 7:	return ch*s+s*poly(s,ap4,19);
314 	}
315 	/* NOTREACHED */
316     return 0.0L;
317 }
318 
319 static long double
320 poly(long double s, const long double *p, int n) {
321 	long double y;
322 	int i;
323 	y = p[n-1];
324 	for (i=n-2;i>=0;i--) y = p[i]+s*y;
325 	return y;
326 }
327 
328 static const long double pt[] = {
329    9.189385332046727417803297364056176804663e-0001L,
330    8.333333333333333333333333333331286969123e-0002L,
331   -2.777777777777777777777777553194796036402e-0003L,
332    7.936507936507936507927283071433584248176e-0004L,
333   -5.952380952380952362351042163192634108297e-0004L,
334    8.417508417508395661774286645578379460131e-0004L,
335   -1.917526917525263651186066417934685675649e-0003L,
336    6.410256409395203164659292973142293199083e-0003L,
337   -2.955065327248303301763594514012418438188e-0002L,
338    1.796442830099067542945998615411893822886e-0001L,
339   -1.392413465829723742489974310411118662919e+0000L,
340    1.339984238037267658352656597960492029261e+0001L,
341   -1.564707657605373662425785904278645727813e+0002L,
342    2.156323807499211356127813962223067079300e+0003L,
343   -3.330486427626223184647299834137041307569e+0004L,
344    5.235535072011889213611369254140123518699e+0005L,
345   -7.258160984602220710491988573430212593080e+0006L,
346    7.316526934569686459641438882340322673357e+0007L,
347   -3.806450279064900548836571789284896711473e+0008L,
348 };
349 
350 static long double
351 polytail(long double s) {
352 	long double t,z;
353 	int i;
354 	z = s*s;
355 	t = pt[18];
356 	for (i=17;i>=1;i--) t = pt[i]+z*t;
357 	return pt[0]+s*t;
358 }
359 
360 static long double
361 neg(long double z, int *signgamlp) {
362 	long double t,p;
363 
364      /*
365       * written by K.C. Ng,  Feb 2, 1989.
366       *
367       * Since
368       *		-z*G(-z)*G(z) = pi/sin(pi*z),
369       * we have
370       * 	G(-z) = -pi/(sin(pi*z)*G(z)*z)
371       * 	      =  pi/(sin(pi*(-z))*G(z)*z)
372       * Algorithm
373       *		z = |z|
374       *		t = sinpi(z); ...note that when z>2**112, z is an int
375       *		and hence t=0.
376       *
377       *		if (t == 0.0) return 1.0/0.0;
378       *		if (t< 0.0) *signgamlp = -1; else t= -t;
379       *		if (z<1.0e-40)	...tiny z
380       *		    return -log(z);
381       *		else
382       *		    return log(pi/(t*z))-lgamma(z);
383       *
384       */
385 
386 	t = sinpil(z);			/* t := sin(pi*z) */
387 	if (t == c0)  			/* return   1.0/0.0 =  +INF */
388 	    return c1/c0;
389 
390 	z = -z;
391 	if (z<=tiny)
392 	    p = -logl(z);
393 	else
394       	    p = logl(pi/(fabsl(t)*z))-__k_lgammal(z,signgamlp);
395 	if (t<c0) *signgamlp = -1;
396 	return p;
397 }
398