1 /*
2     Copyright (C) 2017 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_lambertw_asymp(acb_t res,const acb_t z,const fmpz_t k,slong L,slong M,slong prec)15 acb_lambertw_asymp(acb_t res, const acb_t z, const fmpz_t k, slong L, slong M, slong prec)
16 {
17     acb_t L1, L2, sigma, tau, s, c, u;
18     slong l, m;
19     fmpz_t t;
20     fmpz * sc;
21 
22     /* For k = 0, the asymptotic expansion is not valid near 0. */
23     /* (It is sufficient to look at the midpoint as a test here.) */
24     if (fmpz_is_zero(k) && arf_cmpabs_2exp_si(arb_midref(acb_realref(z)), 0) < 0
25                         && arf_cmpabs_2exp_si(arb_midref(acb_imagref(z)), 0) < 0)
26     {
27         acb_indeterminate(res);
28         return;
29     }
30 
31     acb_init(L1);
32     acb_init(L2);
33     acb_init(sigma);
34     acb_init(tau);
35     acb_init(s);
36     acb_init(c);
37     acb_init(u);
38     fmpz_init(t);
39 
40     acb_const_pi(L2, prec);
41     acb_mul_2exp_si(L2, L2, 1);
42     acb_mul_fmpz(L2, L2, k, prec);
43     acb_mul_onei(L2, L2);
44     acb_log(L1, z, prec);
45     acb_add(L1, L1, L2, prec);
46     acb_log(L2, L1, prec);
47 
48     acb_inv(sigma, L1, prec);
49     acb_mul(tau, L2, sigma, prec);
50 
51     acb_zero(s);
52 
53     /* Stirling numbers */
54     sc = _fmpz_vec_init(L);
55 
56     acb_one(u);
57 
58     for (m = 1; m < M; m++)
59     {
60         if (m == 1)
61         {
62             for (l = 0; l < L; l++)
63                 fmpz_one(sc + l);
64         }
65         else
66         {
67             for (l = 0; l < L; l++)
68             {
69                 fmpz_mul_ui(sc + l, sc + l, m + l - 1);
70                 if (l > 0)
71                     fmpz_add(sc + l, sc + l, sc + l - 1);
72             }
73         }
74 
75         acb_zero(c);
76 
77         /* todo: precompute powers instead of horner */
78         for (l = L - 1; l >= 0; l--)
79         {
80             acb_mul(c, c, sigma, prec);
81             if (l % 2)
82                 acb_sub_fmpz(c, c, sc + l, prec);
83             else
84                 acb_add_fmpz(c, c, sc + l, prec);
85         }
86 
87         acb_mul(u, u, tau, prec);
88         acb_div_ui(u, u, m, prec);
89         acb_addmul(s, c, u, prec);
90     }
91 
92     _fmpz_vec_clear(sc, L);
93 
94     acb_sub(s, s, L2, prec);
95     acb_add(s, s, L1, prec);
96 
97     {
98         mag_t m4s, m4t, one, q, r;
99 
100         mag_init(m4s);
101         mag_init(m4t);
102         mag_init(one);
103         mag_init(q);
104         mag_init(r);
105 
106         acb_get_mag(m4s, sigma);
107         mag_mul_2exp_si(m4s, m4s, 2);
108         acb_get_mag(m4t, tau);
109         mag_mul_2exp_si(m4t, m4t, 2);
110 
111         mag_one(one);
112 
113         mag_sub_lower(q, one, m4s);
114         mag_sub_lower(r, one, m4t);
115         mag_mul(q, q, r);
116 
117         mag_pow_ui(r, m4s, L);
118         mag_mul(r, r, m4t);
119         mag_pow_ui(m4t, m4t, M);
120         mag_add(r, r, m4t);
121 
122         mag_div(q, r, q);
123 
124         acb_add_error_mag(s, q);
125 
126         mag_clear(m4s);
127         mag_clear(m4t);
128         mag_clear(one);
129         mag_clear(q);
130         mag_clear(r);
131     }
132 
133     acb_set(res, s);
134 
135     acb_clear(sigma);
136     acb_clear(tau);
137     acb_clear(s);
138     acb_clear(c);
139     acb_clear(L1);
140     acb_clear(L2);
141     acb_clear(u);
142     fmpz_clear(t);
143 }
144 
145