source: sasmodels/sasmodels/models/lib/sas_J1.c @ 18a2bfc

core_shell_microgelscostrafo411magnetic_modelticket-1257-vesicle-productticket_1156ticket_1265_superballticket_822_more_unit_tests
Last change on this file since 18a2bfc was 5181ccc, checked in by Paul Kienzle <pkienzle@…>, 7 years ago

improve accuracy of bessel function J1

  • Property mode set to 100644
File size: 5.8 KB
Line 
1/*                                                      j1.c
2 *
3 *      Bessel function of order one
4 *
5 *
6 *
7 * SYNOPSIS:
8 *
9 * double x, y, j1();
10 *
11 * y = j1( x );
12 *
13 *
14 *
15 * DESCRIPTION:
16 *
17 * Returns Bessel function of order one of the argument.
18 *
19 * The domain is divided into the intervals [0, 8] and
20 * (8, infinity). In the first interval a 24 term Chebyshev
21 * expansion is used. In the second, the asymptotic
22 * trigonometric representation is employed using two
23 * rational functions of degree 5/5.
24 *
25 *
26 *
27 * ACCURACY:
28 *
29 *                      Absolute error:
30 * arithmetic   domain      # trials      peak         rms
31 *    DEC       0, 30       10000       4.0e-17     1.1e-17
32 *    IEEE      0, 30       30000       2.6e-16     1.1e-16
33 *
34 *
35 */
36
37/*
38Cephes Math Library Release 2.8:  June, 2000
39Copyright 1984, 1987, 1989, 2000 by Stephen L. Moshier
40*/
41
42#if FLOAT_SIZE>4
43//Cephes double pression function
44double cephes_j1(double x);
45
46constant double RPJ1[8] = {
47    -8.99971225705559398224E8,
48    4.52228297998194034323E11,
49    -7.27494245221818276015E13,
50    3.68295732863852883286E15,
51    0.0,
52    0.0,
53    0.0,
54    0.0 };
55
56constant double RQJ1[8] = {
57    6.20836478118054335476E2,
58    2.56987256757748830383E5,
59    8.35146791431949253037E7,
60    2.21511595479792499675E10,
61    4.74914122079991414898E12,
62    7.84369607876235854894E14,
63    8.95222336184627338078E16,
64    5.32278620332680085395E18
65    };
66
67constant double PPJ1[8] = {
68    7.62125616208173112003E-4,
69    7.31397056940917570436E-2,
70    1.12719608129684925192E0,
71    5.11207951146807644818E0,
72    8.42404590141772420927E0,
73    5.21451598682361504063E0,
74    1.00000000000000000254E0,
75    0.0} ;
76
77
78constant double PQJ1[8] = {
79    5.71323128072548699714E-4,
80    6.88455908754495404082E-2,
81    1.10514232634061696926E0,
82    5.07386386128601488557E0,
83    8.39985554327604159757E0,
84    5.20982848682361821619E0,
85    9.99999999999999997461E-1,
86    0.0 };
87
88constant double QPJ1[8] = {
89    5.10862594750176621635E-2,
90    4.98213872951233449420E0,
91    7.58238284132545283818E1,
92    3.66779609360150777800E2,
93    7.10856304998926107277E2,
94    5.97489612400613639965E2,
95    2.11688757100572135698E2,
96    2.52070205858023719784E1 };
97
98constant double QQJ1[8] = {
99    7.42373277035675149943E1,
100    1.05644886038262816351E3,
101    4.98641058337653607651E3,
102    9.56231892404756170795E3,
103    7.99704160447350683650E3,
104    2.82619278517639096600E3,
105    3.36093607810698293419E2,
106    0.0 };
107
108double cephes_j1(double x)
109{
110
111    double w, z, p, q, abs_x, sign_x;
112
113    const double Z1 = 1.46819706421238932572E1;
114    const double Z2 = 4.92184563216946036703E1;
115
116    // 2017-05-18 PAK - mathematica and mpmath use J1(-x) = -J1(x)
117    if (x < 0) {
118        abs_x = -x;
119        sign_x = -1.0;
120    } else {
121        abs_x = x;
122        sign_x = 1.0;
123    }
124
125    if( abs_x <= 5.0 ) {
126        z = abs_x * abs_x;
127        w = polevl( z, RPJ1, 3 ) / p1evl( z, RQJ1, 8 );
128        w = w * abs_x * (z - Z1) * (z - Z2);
129        return( sign_x * w );
130    }
131
132    w = 5.0/abs_x;
133    z = w * w;
134    p = polevl( z, PPJ1, 6)/polevl( z, PQJ1, 6 );
135    q = polevl( z, QPJ1, 7)/p1evl( z, QQJ1, 7 );
136
137    // 2017-05-19 PAK improve accuracy using trig identies
138    // original:
139    //    const double THPIO4 =  2.35619449019234492885;
140    //    const double SQ2OPI = 0.79788456080286535588;
141    //    double sin_xn, cos_xn;
142    //    SINCOS(abs_x - THPIO4, sin_xn, cos_xn);
143    //    p = p * cos_xn - w * q * sin_xn;
144    //    return( sign_x * p * SQ2OPI / sqrt(abs_x) );
145    // expanding p*cos(a - 3 pi/4) - wq sin(a - 3 pi/4)
146    //    [ p(sin(a) - cos(a)) + wq(sin(a) + cos(a)) / sqrt(2)
147    // note that sqrt(1/2) * sqrt(2/pi) = sqrt(1/pi)
148    const double SQRT1_PI = 0.56418958354775628;
149    double sin_x, cos_x;
150    SINCOS(abs_x, sin_x, cos_x);
151    p = p*(sin_x - cos_x) + w*q*(sin_x + cos_x);
152    return( sign_x * p * SQRT1_PI / sqrt(abs_x) );
153}
154
155#else
156//Single precission version of cephes
157float cephes_j1f(float x);
158
159constant float JPJ1[8] = {
160    -4.878788132172128E-009,
161    6.009061827883699E-007,
162    -4.541343896997497E-005,
163    1.937383947804541E-003,
164    -3.405537384615824E-002,
165    0.0,
166    0.0,
167    0.0
168    };
169
170constant float MO1J1[8] = {
171    6.913942741265801E-002,
172    -2.284801500053359E-001,
173    3.138238455499697E-001,
174    -2.102302420403875E-001,
175    5.435364690523026E-003,
176    1.493389585089498E-001,
177    4.976029650847191E-006,
178    7.978845453073848E-001
179    };
180
181constant float PH1J1[8] = {
182    -4.497014141919556E+001,
183    5.073465654089319E+001,
184    -2.485774108720340E+001,
185    7.222973196770240E+000,
186    -1.544842782180211E+000,
187    3.503787691653334E-001,
188    -1.637986776941202E-001,
189    3.749989509080821E-001
190    };
191
192float cephes_j1f(float xx)
193{
194
195    float x, w, z, p, q, xn;
196
197    const float Z1 = 1.46819706421238932572E1;
198
199
200    // 2017-05-18 PAK - mathematica and mpmath use J1(-x) = -J1(x)
201    x = xx;
202    if( x < 0 )
203        x = -xx;
204
205    if( x <= 2.0 ) {
206        z = x * x;
207        p = (z-Z1) * x * polevl( z, JPJ1, 4 );
208        return( xx < 0. ? -p : p );
209    }
210
211    q = 1.0/x;
212    w = sqrt(q);
213
214    p = w * polevl( q, MO1J1, 7);
215    w = q*q;
216    // 2017-05-19 PAK improve accuracy using trig identies
217    // original:
218    //    const float THPIO4F =  2.35619449019234492885;    /* 3*pi/4 */
219    //    xn = q * polevl( w, PH1J1, 7) - THPIO4F;
220    //    p = p * cos(xn + x);
221    //    return( xx < 0. ? -p : p );
222    // expanding cos(a + b - 3 pi/4) is
223    //    [sin(a)sin(b) + sin(a)cos(b) + cos(a)sin(b)-cos(a)cos(b)] / sqrt(2)
224    xn = q * polevl( w, PH1J1, 7);
225    float cos_xn, sin_xn;
226    float cos_x, sin_x;
227    SINCOS(xn, sin_xn, cos_xn);  // about xn and 1
228    SINCOS(x, sin_x, cos_x);
229    p *= M_SQRT1_2*(sin_xn*(sin_x+cos_x) + cos_xn*(sin_x-cos_x));
230
231    return( xx < 0. ? -p : p );
232}
233#endif
234
235#if FLOAT_SIZE>4
236#define sas_J1 cephes_j1
237#else
238#define sas_J1 cephes_j1f
239#endif
240
241//Finally J1c function that equals 2*J1(x)/x
242double sas_2J1x_x(double x);
243double sas_2J1x_x(double x)
244{
245    return (x != 0.0 ) ? 2.0*sas_J1(x)/x : 1.0;
246}
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.