1 /*
2     Copyright (C) 2012 Fredrik Johansson
3 
4     This file is part of Arb.
5 
6     Arb is free software: you can redistribute it and/or modify it under
7     the terms of the GNU Lesser General Public License (LGPL) as published
8     by the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or
9     (at your option) any later version.  See <http://www.gnu.org/licenses/>.
10 */
11 
12 #include "acb.h"
13 
14 void
acb_pow_fmpz_binexp(acb_t y,const acb_t b,const fmpz_t e,slong prec)15 acb_pow_fmpz_binexp(acb_t y, const acb_t b, const fmpz_t e, slong prec)
16 {
17     slong i, wp, bits;
18 
19     if (-WORD(2) <= *e && *e <= WORD(4))
20     {
21         if (*e == WORD(0))
22         {
23             acb_one(y);
24         }
25         else if (*e == WORD(1))
26         {
27             acb_set_round(y, b, prec);
28         }
29         else if (*e == -WORD(1))
30         {
31             acb_inv(y, b, prec);
32         }
33         else if (*e == WORD(2))
34         {
35             acb_mul(y, b, b, prec);
36         }
37         else if (*e == WORD(3))
38         {
39             acb_cube(y, b, prec);
40         }
41         else if (*e == WORD(4))
42         {
43             acb_mul(y, b, b, prec);
44             acb_mul(y, y, y, prec);
45         }
46         else
47         {
48             acb_inv(y, b, prec);
49             acb_mul(y, y, y, prec);
50         }
51         return;
52     }
53 
54     if (fmpz_sgn(e) < 0)
55     {
56         fmpz_t f;
57         fmpz_init(f);
58         fmpz_neg(f, e);
59 
60         if (acb_is_exact(b))
61         {
62             acb_pow_fmpz_binexp(y, b, f, prec + 2);
63             acb_inv(y, y, prec);
64         }
65         else
66         {
67             acb_inv(y, b, prec + fmpz_bits(e) + 2);
68             acb_pow_fmpz_binexp(y, y, f, prec);
69         }
70 
71         fmpz_clear(f);
72         return;
73     }
74 
75     if (!COEFF_IS_MPZ(*e) && ((*e) % 3 == 0))
76     {
77         fmpz e3 = (*e) / 3;
78         acb_pow_fmpz_binexp(y, b, &e3, prec);
79         acb_cube(y, y, prec);
80         return;
81     }
82 
83     if (y == b)
84     {
85         acb_t t;
86         acb_init(t);
87         acb_set(t, b);
88         acb_pow_fmpz_binexp(y, t, e, prec);
89         acb_clear(t);
90         return;
91     }
92 
93     acb_set(y, b);
94 
95     bits = fmpz_bits(e);
96     wp = ARF_PREC_ADD(prec, bits);
97 
98     for (i = bits - 2; i >= 0; i--)
99     {
100         acb_mul(y, y, y, wp);
101         if (fmpz_tstbit(e, i))
102             acb_mul(y, y, b, wp);
103     }
104 }
105 
106 void
acb_pow_fmpz(acb_t y,const acb_t b,const fmpz_t e,slong prec)107 acb_pow_fmpz(acb_t y, const acb_t b, const fmpz_t e, slong prec)
108 {
109     acb_pow_fmpz_binexp(y, b, e, prec);
110 }
111 
112 void
acb_pow_ui(acb_t y,const acb_t b,ulong e,slong prec)113 acb_pow_ui(acb_t y, const acb_t b, ulong e, slong prec)
114 {
115     fmpz_t f;
116     fmpz_init_set_ui(f, e);
117     acb_pow_fmpz(y, b, f, prec);
118     fmpz_clear(f);
119 }
120 
121 void
acb_pow_si(acb_t y,const acb_t b,slong e,slong prec)122 acb_pow_si(acb_t y, const acb_t b, slong e, slong prec)
123 {
124     fmpz_t f;
125     fmpz_init(f);
126     fmpz_set_si(f, e);
127     acb_pow_fmpz(y, b, f, prec);
128     fmpz_clear(f);
129 }
130 
131 void
_acb_pow_exp(acb_t z,const acb_t x,const acb_t y,slong prec)132 _acb_pow_exp(acb_t z, const acb_t x, const acb_t y, slong prec)
133 {
134     acb_t t;
135     acb_init(t);
136     acb_log(t, x, prec);
137     acb_mul(t, t, y, prec);
138     acb_exp(z, t, prec);
139     acb_clear(t);
140 }
141 
142 void
_acb_pow_arb_exp(acb_t z,const acb_t x,const arb_t y,slong prec)143 _acb_pow_arb_exp(acb_t z, const acb_t x, const arb_t y, slong prec)
144 {
145     acb_t t;
146     acb_init(t);
147     acb_log(t, x, prec);
148     acb_mul_arb(t, t, y, prec);
149     acb_exp(z, t, prec);
150     acb_clear(t);
151 }
152 
153 #define BINEXP_LIMIT 64
154 
155 void
acb_pow_arb(acb_t z,const acb_t x,const arb_t y,slong prec)156 acb_pow_arb(acb_t z, const acb_t x, const arb_t y, slong prec)
157 {
158     const arf_struct * ymid = arb_midref(y);
159     const mag_struct * yrad = arb_radref(y);
160 
161     if (arb_is_zero(y))
162     {
163         acb_one(z);
164         return;
165     }
166 
167     if (acb_is_zero(x))
168     {
169         if (arb_is_positive(y))
170             acb_zero(z);
171         else
172             acb_indeterminate(z);
173         return;
174     }
175 
176     if (mag_is_zero(yrad))
177     {
178         /* small half-integer or integer */
179         if (arf_cmpabs_2exp_si(ymid, BINEXP_LIMIT) < 0 &&
180             arf_is_int_2exp_si(ymid, -1))
181         {
182             fmpz_t e;
183             fmpz_init(e);
184 
185             if (arf_is_int(ymid))
186             {
187                 arf_get_fmpz_fixed_si(e, ymid, 0);
188                 acb_pow_fmpz_binexp(z, x, e, prec);
189             }
190             else
191             {
192                 arf_get_fmpz_fixed_si(e, ymid, -1);
193                 if (fmpz_sgn(e) >= 0)
194                 {
195                     acb_sqrt(z, x, prec + fmpz_bits(e));
196                     acb_pow_fmpz_binexp(z, z, e, prec);
197                 }
198                 else
199                 {
200                     fmpz_neg(e, e);
201                     acb_rsqrt(z, x, prec + fmpz_bits(e));
202                     acb_pow_fmpz_binexp(z, z, e, prec);
203                 }
204             }
205 
206             fmpz_clear(e);
207             return;
208         }
209     }
210 
211     _acb_pow_arb_exp(z, x, y, prec);
212 }
213 
214 void
acb_pow(acb_t z,const acb_t x,const acb_t y,slong prec)215 acb_pow(acb_t z, const acb_t x, const acb_t y, slong prec)
216 {
217     if (arb_is_zero(acb_imagref(y)))
218     {
219         acb_pow_arb(z, x, acb_realref(y), prec);
220     }
221     else
222     {
223         if (acb_is_zero(x))
224         {
225             if (arb_is_positive(acb_realref(y)))
226                 acb_zero(z);
227             else
228                 acb_indeterminate(z);
229             return;
230         }
231 
232         _acb_pow_exp(z, x, y, prec);
233     }
234 }
235 
236 void
acb_pow_analytic(acb_ptr res,const acb_t z,const acb_t w,int analytic,slong prec)237 acb_pow_analytic(acb_ptr res, const acb_t z, const acb_t w, int analytic, slong prec)
238 {
239     if (analytic && !acb_is_int(w) && arb_contains_zero(acb_imagref(z)) &&
240         !arb_is_positive(acb_realref(z)))
241     {
242         acb_indeterminate(res);
243     }
244     else
245     {
246         acb_pow(res, z, w, prec);
247     }
248 }
249 
250