Add note that the lapack package needs to loaded to get the functions.
[maxima.git] / doc / info / Simplification.texi
blob31ea8e3cc0a3ac549260bc8c56d46ab68cbde83e
1 @menu
2 * Introduction to Simplification::
3 * Functions and Variables for Simplification::  
4 @end menu
6 @c -----------------------------------------------------------------------------
7 @node Introduction to Simplification, Functions and Variables for Simplification, Simplification , Simplification
8 @section Introduction to Simplification
9 @c -----------------------------------------------------------------------------
11 @c -----------------------------------------------------------------------------
12 Maxima interacts with the user through a cycle of actions called the read-eval-print loop (REPL).
13 This consists of three steps: reading and parsing, evaluating and simplifying, 
14 and outputting. Parsing converts a syntactically valid sequence of typed characters into
15 a internal data structure. Evaluation
16 replaces variable and function names with their values and simplification rewrites 
17 expressions to be easier for the user or other programs to understand. Output 
18 displays results in a variety of different formats and notations.
20 Evaluation and simplification sometimes appear to have similar functionality, and
21 Maxima uses simplification in many cases where other systems use evaluation.
22 For example, arithmetic both on numbers and on symbolic expressions is simplification, not evaluation:
23 @code{2+2} simplifies to @code{4}, @code{2+x+x} simplifies to @code{2+2*x}, and
24 @code{sqrt(7)^4} simplifies to @code{49}.
25 Evaluation and simplification are interleaved.
26 For example, @code{factor(integrate(x+1,x))} first calls the built-in function @mref{integrate},
27 giving @code{x+x*x*2^-1};
28 that simplifies to @code{x+(1/2)*x^2}; this in turn is passed to the @mref{factor} function,
29 which returns @code{(x*(x+2))/2}.
31 Evaluation is what makes Maxima a programming language: it implements
32 functions, subroutines, variables, values, loops, assignments and so on.
33 Evaluation replaces built-in or user-defined function names by their definitions and
34 variables by their values. This is largely the same as activities of a 
35 conventional programming language, but extended to work with symbolic mathematical data. 
36 The system has various optional "flags" which the user can set to control the details of
37 evaluation. @xref{Functions and Variables for Evaluation}.
39 Simplification maintains the value of an expression 
40 while re-formulating its form to be smaller, simpler to understand, or to 
41 conform to a particular specification (like expanded). For
42 example, @code{sin(%pi/2)} to @code{1}, and @code{x+x} to @code{2*x}.
43 There are many flags which control simplification. For example,
44 with @code{triginverses:true}, @code{atan(tan(x))} does not simplify to @code{x},
45 but with @code{triginverses:all}, it does.
47 Simplification can be provided in three ways:
48 @itemize @bullet
49 @item The internal, built-in automated simplifier,
50 @item User-written pattern-matching transformations, linked to the simplifier by using
51       "tellsimp" or "tellsimpafter" and called automatically,
52 @item User-written simplification routines adding using the @code{simplifying} subsystem.
53 @end itemize
55 The internal simplifier belongs to the heart of Maxima. It is a large and 
56 complicated collection of programs, and it has been refined over many years and by 
57 thousands of users. Nevertheless, especially if you are trying out novel ideas or 
58 unconventional notation, you may find it helpful to make small (or large) changes 
59 to the program yourself. For details see for example the paper at the end of
60 @url{https://people.eecs.berkeley.edu/~fateman/papers/intro5.txt}.
62 Maxima internally represents expressions as "trees" with operators or "roots"
63 like @code{+}, @code{*} , @code{=} and operands ("leaves") which are variables like
64 @var{x}, @var{y}, @var{z}, functions
65 or sub-trees, like @code{x*y}. Each operator has a simplification program
66 associated with it.  @code{+} (which also covers binary @code{-} since
67 @code{a-b = a+(-1)*b)} and @code{*} (which also covers @code{/} 
68 since @code{a/b = a*b^(-1)}) have rather elaborate simplification programs. These 
69 simplification programs (simplus, simptimes, simpexpt, etc.) are called whenever 
70 the simplifier encounters the respective arithmetic operators in an expression 
71 tree to be analyzed. 
73 The structure of the simplifier dates back to 1965, and many hands have worked 
74 on it through the years. It is data-directed, or object-oriented in the sense that
75 it dispatches to the appropriate routine 
76 depending on the root of some sub-tree of the expression, recursively. This general
77 approach means that modifications to simplification are generally localized.
78 In many cases it is straightforward to add an 
79 operator and its simplification routine without disturbing existing code.
81 Maxima also provides a variety of transformation routines that can change the form of an
82 expression, including @mref{factor} (polynomial factorization), @mref{horner}
83 (reorganize a polynomial using Horner's rule), @mref{partfrac}
84 (rewrite a rational function as partial fractions),
85 @mref{trigexpand} (apply the sum formulas for trigonometric functions),
86 and so on.
88 Users can also write routines that change the form of an expression.
90 Besides this general simplifier operating on algebraic 
91 expression trees, there are several other representations of expressions in 
92 Maxima which have separate methods. For example, the
93 @mref{rat} function converts polynomials to vectors of coefficients to
94 assist in rapid manipulation of such forms. Other representations include
95 Taylor series and the (rarely used) Poisson series.
97 All operators introduced by the user initially have no simplification
98 programs associated with them.  Maxima does not know anything about
99 function "f"  and so typing @code{f(a,b)} will result in simplifying
100 @var{a},@var{b}, but not @code{f}. 
101 Even some built-in operators have no simplifications. For example,
102 @code{=} does not "simplify" -- it is a place-holder with no
103 simplification semantics other 
104 than to simplify its two arguments, in this case referred to as the left and 
105 right sides. Other parts of Maxima such as the solve program take special 
106 note of equations, that is, trees with @code{=} as the root. 
107 (Note -- in Maxima, the assignment operation is @code{:} . That is, @code{q: 4}
108 sets the value of the symbol @var{q} to @code{4}.
109 Function definition is done with @code{:=}. )
111 The general simplifier returns results with an internal flag indicating the 
112 expression and each sub-expression has been simplified. This does not 
113 guarantee that it is unique over all possible equivalent expressions. That's 
114 too hard (theoretically, not possible given the generality of what can be 
115 expressed in Maxima). However, some aspects of the expression, such as the 
116 ordering of terms in a sum or product, are made uniform. This is important 
117 for the other programs to work properly.
119 A number of option variables control simplification. Indeed, simplification
120 can be turned off entirely using @code{simp:false}. However, many
121 internal routines will not operate correctly with @code{simp:false}.
122 (About the only time it seems plausible to turn off the simplifier 
123 is in the rare case that you want to over-ride a built-in simplification. 
124 In that case  you might temporarily disable the simplifier, put in the new 
125 transformation via @mrefcomma{tellsimp} and then re-enable the simplifier
126 by @code{simp:true}.)
128 It is more plausible for you to associate user-defined symbolic function names 
129 or operators with properties (@mrefcomma{additive}
130 @mrefcomma{lassociative} @mrefcomma{oddfun} @mrefcomma{antisymmetric}
131 @mrefcomma{linear} @mrefcomma{outative} @mrefcomma{commutative} 
132 @mrefcomma{multiplicative} @mrefcomma{rassociative} @mrefcomma{evenfun}
133 @mref{nary} and @mref{symmetric}). These options steer 
134 the simplifier processing in systematic directions.
136 For example, @code{declare(f,oddfun)} specifies that @code{f} is an odd function.
137 Maxima will simplify @code{f(-x)} to @code{-f(x)}. In the case of an even
138 function, that is @code{declare(g,evenfun)}, 
139 Maxima will simplify @code{g(-x)} to @code{g(x)}. You can also associate a
140 programming function with a name such as @code{h(x):=x^2+1}. In that case the
141 evaluator will immediately replace 
142 @code{h(3)} by @code{10}, and @code{h(a+1)} by @code{(a+1)^2+1}, so any properties
143 of @code{h} will be ignored.
145 In addition to these directly related properties set up by the user, facts and 
146 properties from the actual context may have an impact on the simplifier's behavior, 
147 too. @xref{Introduction to Maxima's Database}.
149 Example: @code{sin(n*%pi)} is simplified to zero, if @var{n} is an integer.
151 @c ===beg===
152 @c sin(n*%pi);
153 @c declare(n, integer);
154 @c sin(n*%pi);
155 @c ===end===
156 @example
157 @group
158 (%i1) sin(n*%pi);
159 (%o1)                      sin(%pi n)
160 @end group
161 @group
162 (%i2) declare(n, integer);
163 (%o2)                         done
164 @end group
165 @group
166 (%i3) sin(n*%pi);
167 (%o3)                           0
168 @end group
169 @end example
171 If automated simplification is not sufficient, you can consider a variety of 
172 built-in, but explicitly called simplfication functions (@mrefcomma{ratsimp}
173 @mrefcomma{expand} @mrefcomma{factor} @mref{radcan} and others). There are
174 also flags that will push simplification into one or another direction.
175 Given @code{demoivre:true} the simplifier rewrites 
176 complex exponentials as trigonometric forms. Given @code{exponentialize:true}
177 the  simplifier tries to do the reverse: rewrite trigonometric forms as complex 
178 exponentials.
180 As everywhere in Maxima, by writing your own functions (be it in the Maxima 
181 user language or in the implementation language Lisp) and explicitly calling them 
182 at selected places in the program, you can respond to your individual 
183 simplification needs. Lisp gives you a handle on all the internal mechanisms, but 
184 you rarely need this full generality. "Tellsimp" is designed to generate much 
185 of the Lisp internal interface into the simplifier automatically.
186 See @xref{Rules and Patterns}.
188 Over the years (Maxima/Macsyma's origins date back to about 1966!) users have 
189 contributed numerous application packages and tools to extend or alter its 
190 functional behavior. Various non-standard and "share" packages exist to modify 
191 or extend simplification as well. You are invited to look into this more 
192 experimental material where work is still in progress @xref{Package simplification}.
194 The following appended material is optional on a first reading, and reading it 
195 is not necessary for productive use of Maxima. It is for the curious user who 
196 wants to understand what is going on, or the ambitious programmer who might 
197 wish to change the (open-source) code. Experimentation with redefining Maxima 
198 Lisp code is easily possible: to change the definition of a Lisp program (say 
199 the one that simplifies @code{cos()}, named @code{simp%cos}), you simply
200 load into Maxima a text file that will overwrite the @code{simp%cos} function
201 from the maxima package.
203 @c -----------------------------------------------------------------------------
204 @node Functions and Variables for Simplification,  , Introduction to Simplification, Simplification
205 @section Functions and Variables for Simplification
206 @c -----------------------------------------------------------------------------
208 @c -----------------------------------------------------------------------------
209 @anchor{additive}
210 @defvr {Property} additive
212 If @code{declare(f,additive)} has been executed, then:
214 (1) If @code{f} is univariate, whenever the simplifier encounters @code{f}
215 applied to a sum, @code{f} will be distributed over that sum.  I.e.
216 @code{f(y+x)} will simplify to @code{f(y)+f(x)}.
218 (2) If @code{f} is a function of 2 or more arguments, additivity is defined as
219 additivity in the first argument to @code{f}, as in the case of @code{sum} or
220 @code{integrate}, i.e.  @code{f(h(x)+g(x),x)} will simplify to
221 @code{f(h(x),x)+f(g(x),x)}.  This simplification does not occur when @code{f} is
222 applied to expressions of the form @code{sum(x[i],i,lower-limit,upper-limit)}.
224 Example:
226 @c ===beg===
227 @c F3 (a + b + c);
228 @c declare (F3, additive);
229 @c F3 (a + b + c);
230 @c ===end===
231 @example
232 @group
233 (%i1) F3 (a + b + c);
234 (%o1)                     F3(c + b + a)
235 @end group
236 @group
237 (%i2) declare (F3, additive);
238 (%o2)                         done
239 @end group
240 @group
241 (%i3) F3 (a + b + c);
242 (%o3)                 F3(c) + F3(b) + F3(a)
243 @end group
244 @end example
246 @opencatbox{Categories:}
247 @category{Operators}
248 @category{Declarations and inferences}
249 @closecatbox
250 @end defvr
252 @c -----------------------------------------------------------------------------
253 @anchor{antisymmetric}
254 @defvr {Property} antisymmetric
256 If @code{declare(h,antisymmetric)} is done, this tells the simplifier that
257 @code{h} is antisymmetric.  E.g.  @code{h(x,z,y)} will simplify to 
258 @code{- h(x, y, z)}.  That is, it will give (-1)^n times the result given by
259 @mref{symmetric} or @mrefcomma{commutative} where n is the number of interchanges
260 of two arguments necessary to convert it to that form.
262 Examples:
264 @c ===beg===
265 @c S (b, a);
266 @c declare (S, symmetric);
267 @c S (b, a);
268 @c S (a, c, e, d, b);
269 @c T (b, a);
270 @c declare (T, antisymmetric);
271 @c T (b, a);
272 @c T (a, c, e, d, b);
273 @c ===end===
274 @example
275 @group
276 (%i1) S (b, a);
277 (%o1)                        S(b, a)
278 @end group
279 @group
280 (%i2) declare (S, symmetric);
281 (%o2)                         done
282 @end group
283 @group
284 (%i3) S (b, a);
285 (%o3)                        S(a, b)
286 @end group
287 @group
288 (%i4) S (a, c, e, d, b);
289 (%o4)                   S(a, b, c, d, e)
290 @end group
291 @group
292 (%i5) T (b, a);
293 (%o5)                        T(b, a)
294 @end group
295 @group
296 (%i6) declare (T, antisymmetric);
297 (%o6)                         done
298 @end group
299 @group
300 (%i7) T (b, a);
301 (%o7)                       - T(a, b)
302 @end group
303 @group
304 (%i8) T (a, c, e, d, b);
305 (%o8)                   T(a, b, c, d, e)
306 @end group
307 @end example
309 @opencatbox{Categories:}
310 @category{Operators}
311 @category{Declarations and inferences}
312 @closecatbox
313 @end defvr
315 @c -----------------------------------------------------------------------------
316 @anchor{combine}
317 @deffn {Function} combine (@var{expr})
319 Simplifies the sum @var{expr} by combining terms with the same
320 denominator into a single term.
322 See also: @mrefdot{rncombine}
324 Example:
326 @c ===beg===
327 @c 1*f/2*b + 2*c/3*a + 3*f/4*b +c/5*b*a;
328 @c combine (%);
329 @c ===end===
330 @example
331 @group
332 (%i1) 1*f/2*b + 2*c/3*a + 3*f/4*b +c/5*b*a;
333                       5 b f   a b c   2 a c
334 (%o1)                 ----- + ----- + -----
335                         4       5       3
336 @end group
337 @group
338 (%i2) combine (%);
339                   75 b f + 4 (3 a b c + 10 a c)
340 (%o2)             -----------------------------
341                                60
342 @end group
343 @end example
345 @opencatbox{Categories:}
346 @category{Expressions}
347 @closecatbox
348 @end deffn
350 @c -----------------------------------------------------------------------------
351 @anchor{commutative}
352 @defvr {Property} commutative
354 If @code{declare(h, commutative)} is done, this tells the simplifier that
355 @code{h} is a commutative function.  E.g.  @code{h(x, z, y)} will simplify to
356 @code{h(x, y, z)}.  This is the same as @mrefdot{symmetric}
358 Example:
360 @c ===beg===
361 @c S (b, a);
362 @c S (a, b) + S (b, a);
363 @c declare (S, commutative);
364 @c S (b, a);
365 @c S (a, b) + S (b, a);
366 @c S (a, c, e, d, b);
367 @c ===end===
368 @example
369 @group
370 (%i1) S (b, a);
371 (%o1)                        S(b, a)
372 @end group
373 @group
374 (%i2) S (a, b) + S (b, a);
375 (%o2)                   S(b, a) + S(a, b)
376 @end group
377 @group
378 (%i3) declare (S, commutative);
379 (%o3)                         done
380 @end group
381 @group
382 (%i4) S (b, a);
383 (%o4)                        S(a, b)
384 @end group
385 @group
386 (%i5) S (a, b) + S (b, a);
387 (%o5)                       2 S(a, b)
388 @end group
389 @group
390 (%i6) S (a, c, e, d, b);
391 (%o6)                   S(a, b, c, d, e)
392 @end group
393 @end example
395 @opencatbox{Categories:}
396 @category{Operators}
397 @category{Declarations and inferences}
398 @closecatbox
399 @end defvr
401 @c NEEDS CLARIFICATION, EXAMPLES
403 @c -----------------------------------------------------------------------------
404 @anchor{demoivre}
405 @deffn  {Function} demoivre (@var{expr})
406 @deffnx {Option variable} demoivre
408 The function @code{demoivre (expr)} converts one expression
409 without setting the global variable @code{demoivre}.
411 When the variable @code{demoivre} is @code{true}, complex exponentials are
412 converted into equivalent expressions in terms of circular functions:
413 @code{exp (a + b*%i)} simplifies to @code{%e^a * (cos(b) + %i*sin(b))}
414 if @code{b} is free of @code{%i}.  @code{a} and @code{b} are not expanded.
416 The default value of @code{demoivre} is @code{false}.
418 @code{exponentialize} converts circular and hyperbolic functions to exponential
419 form.  @code{demoivre} and @code{exponentialize} cannot both be true at the same
420 time.
422 @opencatbox{Categories:}
423 @category{Complex variables}
424 @category{Trigonometric functions}
425 @category{Hyperbolic functions}
426 @closecatbox
427 @end deffn
429 @c NEEDS WORK
431 @c -----------------------------------------------------------------------------
432 @anchor{function_distrib}
433 @deffn {Function} distrib (@var{expr})
435 Distributes sums over products.  It differs from @code{expand} in that it works
436 at only the top level of an expression, i.e., it doesn't recurse and it is
437 faster than @code{expand}.  It differs from @code{multthru} in that it expands
438 all sums at that level.
440 Examples:
442 @c ===beg===
443 @c distrib ((a+b) * (c+d));
444 @c multthru ((a+b) * (c+d));
445 @c distrib (1/((a+b) * (c+d)));
446 @c expand (1/((a+b) * (c+d)), 1, 0);
447 @c ===end===
448 @example
449 (%i1) distrib ((a+b) * (c+d));
450 (%o1)                 b d + a d + b c + a c
451 (%i2) multthru ((a+b) * (c+d));
452 (%o2)                 (b + a) d + (b + a) c
453 (%i3) distrib (1/((a+b) * (c+d)));
454                                 1
455 (%o3)                    ---------------
456                          (b + a) (d + c)
457 (%i4) expand (1/((a+b) * (c+d)), 1, 0);
458                                 1
459 (%o4)                 ---------------------
460                       b d + a d + b c + a c
461 @end example
463 @opencatbox{Categories:}
464 @category{Expressions}
465 @closecatbox
466 @end deffn
468 @c -----------------------------------------------------------------------------
469 @anchor{distribute_over}
470 @defvr {Option variable} distribute_over
471 Default value: @code{true}
473 @code{distribute_over} controls the mapping of functions over bags like lists, 
474 matrices, and equations.  At this time not all Maxima functions have this 
475 property.  It is possible to look up this property with the command
476 @mrefdot{properties}.
478 The mapping of functions is switched off, when setting @code{distribute_over} 
479 to the value @code{false}.
481 Examples:
483 The @code{sin} function maps over a list:
485 @c ===beg===
486 @c sin([x,1,1.0]);
487 @c ===end===
488 @example
489 @group
490 (%i1) sin([x,1,1.0]);
491 (%o1)         [sin(x), sin(1), 0.8414709848078965]
492 @end group
493 @end example
495 @code{mod} is a function with two arguments which maps over lists.  Mapping over 
496 nested lists is possible too:
498 @c ===beg===
499 @c mod([x,11,2*a],10);
500 @c mod([[x,y,z],11,2*a],10);
501 @c ===end===
502 @example
503 @group
504 (%i1) mod([x,11,2*a],10);
505 (%o1)             [mod(x, 10), 1, 2 mod(a, 5)]
506 @end group
507 @group
508 (%i2) mod([[x,y,z],11,2*a],10);
509 (%o2) [[mod(x, 10), mod(y, 10), mod(z, 10)], 1, 2 mod(a, 5)]
510 @end group
511 @end example
513 Mapping of the @code{floor} function over a matrix and an equation:
515 @c ===beg===
516 @c floor(matrix([a,b],[c,d]));
517 @c floor(a=b);
518 @c ===end===
519 @example
520 @group
521 (%i1) floor(matrix([a,b],[c,d]));
522                      [ floor(a)  floor(b) ]
523 (%o1)                [                    ]
524                      [ floor(c)  floor(d) ]
525 @end group
526 @group
527 (%i2) floor(a=b);
528 (%o2)                  floor(a) = floor(b)
529 @end group
530 @end example
532 Functions with more than one argument map over any of the arguments or all
533 arguments:
535 @c ===beg===
536 @c expintegral_e([1,2],[x,y]);
537 @c ===end===
538 @example
539 @group
540 (%i1) expintegral_e([1,2],[x,y]);
541 (%o1) [[expintegral_e(1, x), expintegral_e(1, y)], 
542                       [expintegral_e(2, x), expintegral_e(2, y)]]
543 @end group
544 @end example
546 Check if a function has the property distribute_over:
548 @c ===beg===
549 @c properties(abs);
550 @c ===end===
551 @example
552 @group
553 (%i1) properties(abs);
554 (%o1) [integral, rule, distributes over bags, noun, gradef, 
555                                                  system function]
556 @end group
557 @end example
559 The mapping of functions is switched off, when setting @code{distribute_over} 
560 to the value @code{false}.
562 @c ===beg===
563 @c distribute_over;
564 @c sin([x,1,1.0]);
565 @c distribute_over : not distribute_over;
566 @c sin([x,1,1.0]);
567 @c ===end===
568 @example
569 @group
570 (%i1) distribute_over;
571 (%o1)                         true
572 @end group
573 @group
574 (%i2) sin([x,1,1.0]);
575 (%o2)         [sin(x), sin(1), 0.8414709848078965]
576 @end group
577 @group
578 (%i3) distribute_over : not distribute_over;
579 (%o3)                         false
580 @end group
581 @group
582 (%i4) sin([x,1,1.0]);
583 (%o4)                   sin([x, 1, 1.0])
584 @end group
585 @end example
587 @opencatbox{Categories:}
588 @category{Simplification flags and variables}
589 @closecatbox
590 @end defvr
592 @c -----------------------------------------------------------------------------
593 @anchor{domain}
594 @defvr {Option variable} domain
595 Default value: @code{real}
597 When @code{domain} is set to @code{complex}, @code{sqrt (x^2)} will remain
598 @code{sqrt (x^2)} instead of returning @code{abs(x)}.
600 @c PRESERVE EDITORIAL COMMENT -- MAY HAVE SOME SIGNIFICANCE NOT YET UNDERSTOOD !!!
601 @c The notion of a "domain" of simplification is still in its infancy,
602 @c and controls little more than this at the moment.
604 @opencatbox{Categories:}
605 @category{Simplification flags and variables}
606 @closecatbox
607 @end defvr
609 @c -----------------------------------------------------------------------------
610 @anchor{evenfun}
611 @anchor{oddfun}
612 @defvr  {Property} evenfun
613 @defvrx {Property} oddfun
615 @code{declare(f, evenfun)} or @code{declare(f, oddfun)} tells Maxima to recognize
616 the function @code{f} as an even or odd function.
618 Examples:
620 @c ===beg===
621 @c o (- x) + o (x);
622 @c declare (o, oddfun);
623 @c o (- x) + o (x);
624 @c e (- x) - e (x);
625 @c declare (e, evenfun);
626 @c e (- x) - e (x);
627 @c ===end===
628 @example
629 (%i1) o (- x) + o (x);
630 (%o1)                     o(x) + o(- x)
631 (%i2) declare (o, oddfun);
632 (%o2)                         done
633 (%i3) o (- x) + o (x);
634 (%o3)                           0
635 (%i4) e (- x) - e (x);
636 (%o4)                     e(- x) - e(x)
637 (%i5) declare (e, evenfun);
638 (%o5)                         done
639 (%i6) e (- x) - e (x);
640 (%o6)                           0
641 @end example
642 @end defvr
644 @c -----------------------------------------------------------------------------
645 @anchor{expand}
646 @deffn  {Function} expand @
647 @fname{expand} (@var{expr}) @
648 @fname{expand} (@var{expr}, @var{p}, @var{n})
650 Expand expression @var{expr}.
651 Products of sums and exponentiated sums are
652 multiplied out, numerators of rational expressions which are sums are
653 split into their respective terms, and multiplication (commutative
654 and non-commutative) are distributed over addition at all levels of
655 @var{expr}.
657 For polynomials one should usually use @code{ratexpand} which uses a
658 more efficient algorithm.
660 @code{maxnegex} and @code{maxposex} control the maximum negative and
661 positive exponents, respectively, which will expand.
663 @code{expand (@var{expr}, @var{p}, @var{n})} expands @var{expr}, 
664 using @var{p} for @code{maxposex} and @var{n} for @code{maxnegex}.
665 This is useful in order to expand part but not all of an expression.
667 @code{expon} - the exponent of the largest negative power which is
668 automatically expanded (independent of calls to @code{expand}).  For example
669 if @code{expon} is 4 then @code{(x+1)^(-5)} will not be automatically expanded.
671 @code{expop} - the highest positive exponent which is automatically expanded.
672 Thus @code{(x+1)^3}, when typed, will be automatically expanded only if
673 @code{expop} is greater than or equal to 3.  If it is desired to have
674 @code{(x+1)^n} expanded where @code{n} is greater than @code{expop} then
675 executing @code{expand ((x+1)^n)} will work only if @code{maxposex} is not
676 less than @code{n}.
678 @code{expand(expr, 0, 0)} causes a resimplification of @code{expr}.  @code{expr}
679 is not reevaluated.  In distinction from @code{ev(expr, noeval)} a special
680 representation (e. g. a CRE form) is removed.  See also @mrefdot{ev}
682 The @code{expand} flag used with @code{ev} causes expansion.
684 The file @file{share/simplification/facexp.mac}
685 @c I should really use a macro which expands to something like
686 @c @uref{file://...,,simplification/facexp.mac}.  But texi2html
687 @c currently supports @uref only with one argument.
688 @c Worse, the `file:' scheme is OS and browser dependent.
689 contains several related functions (in particular @code{facsum},
690 @code{factorfacsum} and @code{collectterms}, which are autoloaded) and variables
691 (@code{nextlayerfactor} and @code{facsum_combine}) that provide the user with
692 the ability to structure expressions by controlled expansion.
693 @c MERGE share/simplification/facexp.usg INTO THIS FILE OR CREATE NEW FILE facexp.texi
694 Brief function descriptions are available in @file{simplification/facexp.usg}.
695 A demo is available by doing @code{demo("facexp")}.
697 Examples:
699 @c ===beg===
700 @c expr:(x+1)^2*(y+1)^3;
701 @c expand(expr);
702 @c expand(expr,2);
703 @c expr:(x+1)^-2*(y+1)^3;
704 @c expand(expr);
705 @c expand(expr,2,2);
706 @c ===end===
707 @example
708 @group
709 (%i1) expr:(x+1)^2*(y+1)^3;
710                                2        3
711 (%o1)                   (x + 1)  (y + 1)
712 @end group
713 @group
714 (%i2) expand(expr);
715        2  3        3    3      2  2        2      2      2
716 (%o2) x  y  + 2 x y  + y  + 3 x  y  + 6 x y  + 3 y  + 3 x  y
717                                                       2
718                                      + 6 x y + 3 y + x  + 2 x + 1
719 @end group
720 @group
721 (%i3) expand(expr,2);
722                2        3              3          3
723 (%o3)         x  (y + 1)  + 2 x (y + 1)  + (y + 1)
724 @end group
725 @group
726 (%i4) expr:(x+1)^-2*(y+1)^3;
727                                    3
728                             (y + 1)
729 (%o4)                       --------
730                                    2
731                             (x + 1)
732 @end group
733 @group
734 (%i5) expand(expr);
735             3               2
736            y             3 y            3 y             1
737 (%o5) ------------ + ------------ + ------------ + ------------
738        2              2              2              2
739       x  + 2 x + 1   x  + 2 x + 1   x  + 2 x + 1   x  + 2 x + 1
740 @end group
741 @group
742 (%i6) expand(expr,2,2);
743                                    3
744                             (y + 1)
745 (%o6)                     ------------
746                            2
747                           x  + 2 x + 1
748 @end group
749 @end example
751 Resimplify an expression without expansion:
753 @c ===beg===
754 @c expr:(1+x)^2*sin(x);
755 @c exponentialize:true;
756 @c expand(expr,0,0);
757 @c ===end===
758 @example
759 @group
760 (%i1) expr:(1+x)^2*sin(x);
761                                 2
762 (%o1)                    (x + 1)  sin(x)
763 @end group
764 @group
765 (%i2) exponentialize:true;
766 (%o2)                         true
767 @end group
768 @group
769 (%i3) expand(expr,0,0);
770                             2    %i x     - %i x
771                   %i (x + 1)  (%e     - %e      )
772 (%o3)           - -------------------------------
773                                  2
774 @end group
775 @end example
777 @opencatbox{Categories:}
778 @category{Expressions}
779 @closecatbox
780 @end deffn
782 @c NEEDS EXAMPLES
784 @c -----------------------------------------------------------------------------
785 @anchor{expandwrt}
786 @deffn {Function} expandwrt (@var{expr}, @var{x_1}, @dots{}, @var{x_n})
788 Expands expression @code{expr} with respect to the 
789 variables @var{x_1}, @dots{}, @var{x_n}.
790 All products involving the variables appear explicitly.  The form returned
791 will be free of products of sums of expressions that are not free of
792 the variables.  @var{x_1}, @dots{}, @var{x_n}
793 may be variables, operators, or expressions.
795 By default, denominators are not expanded, but this can be controlled by
796 means of the switch @code{expandwrt_denom}.
798 This function is autoloaded from
799 @file{simplification/stopex.mac}.
801 @opencatbox{Categories:}
802 @category{Expressions}
803 @closecatbox
804 @end deffn
806 @c -----------------------------------------------------------------------------
807 @anchor{expandwert_denom}
808 @defvr {Option variable} expandwrt_denom
809 Default value: @code{false}
811 @code{expandwrt_denom} controls the treatment of rational
812 expressions by @code{expandwrt}.  If @code{true}, then both the numerator and
813 denominator of the expression will be expanded according to the
814 arguments of @code{expandwrt}, but if @code{expandwrt_denom} is @code{false},
815 then only the numerator will be expanded in that way.
817 @opencatbox{Categories:}
818 @category{Expressions}
819 @closecatbox
820 @end defvr
822 @c NEEDS A STAND-ALONE DESCRIPTION (NOT "IS SIMILAR TO")
823 @c NEEDS EXAMPLES
825 @c -----------------------------------------------------------------------------
826 @anchor{expandwrt_factored}
827 @deffn {Function} expandwrt_factored (@var{expr}, @var{x_1}, @dots{}, @var{x_n})
829 is similar to @code{expandwrt}, but treats expressions that are products
830 somewhat differently.  @code{expandwrt_factored} expands only on those factors
831 of @code{expr} that contain the variables @var{x_1}, @dots{}, @var{x_n}.
833 @c NOT SURE WHY WE SHOULD MENTION THIS HERE
834 This function is autoloaded from @file{simplification/stopex.mac}.
836 @opencatbox{Categories:}
837 @category{Expressions}
838 @closecatbox
839 @end deffn
841 @c -----------------------------------------------------------------------------
842 @anchor{expon}
843 @defvr {Option variable} expon
844 Default value: 0
846 @code{expon} is the exponent of the largest negative power which
847 is automatically expanded (independent of calls to @code{expand}).  For
848 example, if @code{expon} is 4 then @code{(x+1)^(-5)} will not be automatically
849 expanded.
851 @opencatbox{Categories:}
852 @category{Expressions}
853 @closecatbox
854 @end defvr
856 @c -----------------------------------------------------------------------------
857 @anchor{exponentialize}
858 @deffn  {Function} exponentialize (@var{expr})
859 @deffnx {Option variable} exponentialize
861 The function @code{exponentialize (expr)} converts 
862 circular and hyperbolic functions in @var{expr} to exponentials,
863 without setting the global variable @code{exponentialize}.
865 When the variable @code{exponentialize} is @code{true},
866 all circular and hyperbolic functions are converted to exponential form.
867 The default value is @code{false}.
869 @code{demoivre} converts complex exponentials into circular functions.
870 @code{exponentialize} and @code{demoivre} cannot
871 both be true at the same time.
873 @opencatbox{Categories:}
874 @category{Complex variables}
875 @category{Trigonometric functions}
876 @category{Hyperbolic functions}
877 @closecatbox
878 @end deffn
880 @c NEEDS CLARIFICATION
881 @c NEEDS EXAMPLES
883 @c -----------------------------------------------------------------------------
884 @anchor{expop}
885 @defvr {Option variable} expop
886 Default value: 0
888 @code{expop} is the highest positive exponent which is automatically expanded.
889 Thus @code{(x + 1)^3}, when typed, will be automatically expanded only if
890 @code{expop} is greater than or equal to 3.  If it is desired to have
891 @code{(x + 1)^n} expanded where @code{n} is greater than @code{expop} then
892 executing @code{expand ((x + 1)^n)} will work only if @code{maxposex} is not
893 less than n.
895 @opencatbox{Categories:}
896 @category{Expressions}
897 @closecatbox
898 @end defvr
900 @c NEEDS CLARIFICATION, EXAMPLES
902 @c -----------------------------------------------------------------------------
903 @anchor{lassociative}
904 @defvr {Property} lassociative
906 @code{declare (g, lassociative)} tells the Maxima simplifier that @code{g} is
907 left-associative.  E.g., @code{g (g (a, b), g (c, d))} will simplify to
908 @code{g (g (g (a, b), c), d)}.
910 See also @mrefdot{rassociative}
912 @opencatbox{Categories:}
913 @category{Declarations and inferences}
914 @category{Operators}
915 @category{Simplification}
916 @closecatbox
917 @end defvr
919 @c NEEDS CLARIFICATION, EXAMPLES
920 @c WHAT'S UP WITH THE QUOTE MARKS ??
922 @c -----------------------------------------------------------------------------
923 @anchor{linear}
924 @defvr {Property} linear
926 One of Maxima's operator properties.  For univariate @code{f} so
927 declared, "expansion" @code{f(x + y)} yields @code{f(x) + f(y)},
928 @code{f(a*x)} yields @code{a*f(x)} takes
929 place where @code{a} is a "constant".  For functions of two or more arguments,
930 "linearity" is defined to be as in the case of @mref{sum} or @mrefcomma{integrate}
931 i.e., @code{f (a*x + b, x)} yields @code{a*f(x,x) + b*f(1,x)}
932 for @code{a} and @code{b} free of @code{x}.
934 Example:
936 @c ===beg===
937 @c declare (f, linear);
938 @c f(x+y);
939 @c declare (a, constant);
940 @c f(a*x);
941 @c ===end===
942 @example
943 @group
944 (%i1) declare (f, linear);
945 (%o1)                         done
946 @end group
947 @group
948 (%i2) f(x+y);
949 (%o2)                      f(y) + f(x)
950 @end group
951 @group
952 (%i3) declare (a, constant);
953 (%o3)                         done
954 @end group
955 @group
956 (%i4) f(a*x);
957 (%o4)                        a f(x)
958 @end group
959 @end example
961 @code{linear} is equivalent to @mref{additive} and @mrefdot{outative}
962 See also @mrefdot{opproperties}
964 Example:
966 @c ===beg===
967 @c 'sum (F(k) + G(k), k, 1, inf);
968 @c declare (nounify (sum), linear);
969 @c 'sum (F(k) + G(k), k, 1, inf);
970 @c ===end===
971 @example
972 @group
973 (%i1) 'sum (F(k) + G(k), k, 1, inf);
974                        inf
975                        ====
976                        \
977 (%o1)                   >    (G(k) + F(k))
978                        /
979                        ====
980                        k = 1
981 @end group
982 @group
983 (%i2) declare (nounify (sum), linear);
984 (%o2)                         done
985 @end group
986 @group
987 (%i3) 'sum (F(k) + G(k), k, 1, inf);
988                      inf          inf
989                      ====         ====
990                      \            \
991 (%o3)                 >    G(k) +  >    F(k)
992                      /            /
993                      ====         ====
994                      k = 1        k = 1
995 @end group
996 @end example
998 @opencatbox{Categories:}
999 @category{Declarations and inferences}
1000 @category{Operators}
1001 @category{Simplification}
1002 @closecatbox
1003 @end defvr
1005 @c NEEDS EXAMPLES
1007 @c -----------------------------------------------------------------------------
1008 @anchor{maxnegex}
1009 @defvr {Option variable} maxnegex
1010 Default value: 1000
1012 @code{maxnegex} is the largest negative exponent which will
1013 be expanded by the @code{expand} command, see also @mrefdot{maxposex}
1015 @opencatbox{Categories:}
1016 @category{Expressions}
1017 @closecatbox
1018 @end defvr
1020 @c NEEDS EXAMPLES
1022 @c -----------------------------------------------------------------------------
1023 @anchor{maxposex}
1024 @defvr {Option variable} maxposex
1025 Default value: 1000
1027 @code{maxposex} is the largest exponent which will be
1028 expanded with the @code{expand} command, see also @mrefdot{maxnegex}
1030 @opencatbox{Categories:}
1031 @category{Expressions}
1032 @closecatbox
1033 @end defvr
1035 @c NEEDS EXAMPLES
1037 @c -----------------------------------------------------------------------------
1038 @anchor{multiplicative}
1039 @defvr {Property} multiplicative
1041 @code{declare(f, multiplicative)} tells the Maxima simplifier that @code{f}
1042 is multiplicative.
1044 @enumerate
1045 @item
1046 If @code{f} is univariate, whenever the simplifier encounters @code{f} applied
1047 to a product, @code{f} distributes over that product.  E.g., @code{f(x*y)}
1048 simplifies to @code{f(x)*f(y)}.
1049 This simplification is not applied to expressions of the form @code{f('product(...))}.
1050 @item
1051 If @code{f} is a function of 2 or more arguments, multiplicativity is
1052 defined as multiplicativity in the first argument to @code{f}, e.g.,
1053 @code{f (g(x) * h(x), x)} simplifies to @code{f (g(x) ,x) * f (h(x), x)}.
1054 @end enumerate
1056 @code{declare(nounify(product), multiplicative)} tells Maxima to simplify symbolic products.
1058 Example:
1060 @c ===beg===
1061 @c F2 (a * b * c);
1062 @c declare (F2, multiplicative);
1063 @c F2 (a * b * c);
1064 @c ===end===
1065 @example
1066 @group
1067 (%i1) F2 (a * b * c);
1068 (%o1)                       F2(a b c)
1069 @end group
1070 @group
1071 (%i2) declare (F2, multiplicative);
1072 (%o2)                         done
1073 @end group
1074 @group
1075 (%i3) F2 (a * b * c);
1076 (%o3)                   F2(a) F2(b) F2(c)
1077 @end group
1078 @end example
1080 @code{declare(nounify(product), multiplicative)} tells Maxima to simplify symbolic products.
1082 @c ===beg===
1083 @c product (a[i] * b[i], i, 1, n);
1084 @c declare (nounify (product), multiplicative);
1085 @c product (a[i] * b[i], i, 1, n);
1086 @c ===end===
1087 @example
1088 @group
1089 (%i1) product (a[i] * b[i], i, 1, n);
1090                              n
1091                            /===\
1092                             ! !
1093 (%o1)                       ! !  a  b
1094                             ! !   i  i
1095                            i = 1
1096 @end group
1097 @group
1098 (%i2) declare (nounify (product), multiplicative);
1099 (%o2)                         done
1100 @end group
1101 @group
1102 (%i3) product (a[i] * b[i], i, 1, n);
1103                           n         n
1104                         /===\     /===\
1105                          ! !       ! !
1106 (%o3)                  ( ! !  a )  ! !  b
1107                          ! !   i   ! !   i
1108                         i = 1     i = 1
1109 @end group
1110 @end example
1112 @opencatbox{Categories:}
1113 @category{Declarations and inferences}
1114 @category{Expressions}
1115 @category{Simplification}
1116 @closecatbox
1117 @end defvr
1119 @c NEEDS WORK
1121 @c -----------------------------------------------------------------------------
1122 @anchor{multthru}
1123 @deffn  {Function} multthru @
1124 @fname{multthru} (@var{expr}) @
1125 @fname{multthru} (@var{expr_1}, @var{expr_2})
1127 Multiplies a factor (which should be a sum) of @var{expr} by the other factors
1128 of @var{expr}.  That is, @var{expr} is @code{@var{f_1} @var{f_2} ... @var{f_n}}
1129 where at least one factor, say @var{f_i}, is a sum of terms.  Each term in that
1130 sum is multiplied by the other factors in the product.  (Namely all the factors
1131 except @var{f_i}).  @code{multthru} does not expand exponentiated sums.
1132 This function is the fastest way to distribute products (commutative or
1133 noncommutative) over sums.  Since quotients are represented as products
1134 @code{multthru} can be used to divide sums by products as well.
1136 @code{multthru (@var{expr_1}, @var{expr_2})} multiplies each term in
1137 @var{expr_2} (which should be a sum or an equation) by @var{expr_1}.  If
1138 @var{expr_1} is not itself a sum then this form is equivalent to
1139 @code{multthru (@var{expr_1}*@var{expr_2})}.
1141 @c ===beg===
1142 @c x/(x-y)^2 - 1/(x-y) - f(x)/(x-y)^3;
1143 @c multthru ((x-y)^3, %);
1144 @c ratexpand (%);
1145 @c ((a+b)^10*s^2 + 2*a*b*s + (a*b)^2)/(a*b*s^2);
1146 @c multthru (%);  /* note that this does not expand (b+a)^10 */
1147 @c multthru (a.(b+c.(d+e)+f));
1148 @c expand (a.(b+c.(d+e)+f));
1149 @c ===end===
1150 @example
1151 (%i1) x/(x-y)^2 - 1/(x-y) - f(x)/(x-y)^3;
1152                       1        x         f(x)
1153 (%o1)             - ----- + -------- - --------
1154                     x - y          2          3
1155                             (x - y)    (x - y)
1156 (%i2) multthru ((x-y)^3, %);
1157                            2
1158 (%o2)             - (x - y)  + x (x - y) - f(x)
1159 (%i3) ratexpand (%);
1160                            2
1161 (%o3)                   - y  + x y - f(x)
1162 (%i4) ((a+b)^10*s^2 + 2*a*b*s + (a*b)^2)/(a*b*s^2);
1163                         10  2              2  2
1164                  (b + a)   s  + 2 a b s + a  b
1165 (%o4)            ------------------------------
1166                                   2
1167                              a b s
1168 (%i5) multthru (%);  /* note that this does not expand (b+a)^10 */
1169                                         10
1170                        2   a b   (b + a)
1171 (%o5)                  - + --- + ---------
1172                        s    2       a b
1173                            s
1174 (%i6) multthru (a.(b+c.(d+e)+f));
1175 (%o6)            a . f + a . c . (e + d) + a . b
1176 (%i7) expand (a.(b+c.(d+e)+f));
1177 (%o7)         a . f + a . c . e + a . c . d + a . b
1178 @end example
1180 @opencatbox{Categories:}
1181 @category{Expressions}
1182 @closecatbox
1183 @end deffn
1185 @c -----------------------------------------------------------------------------
1186 @anchor{property_nary}
1187 @defvr {Property} nary
1189 @code{declare(f, nary)} tells Maxima to recognize the function @code{f} as an
1190 n-ary function.
1192 The @code{nary} declaration is not the same as calling the
1193 @mxref{function_nary, nary} function.  The sole effect of
1194 @code{declare(f, nary)} is to instruct the Maxima simplifier to flatten nested
1195 expressions, for example, to simplify @code{foo(x, foo(y, z))} to
1196 @code{foo(x, y, z)}.  See also @mrefdot{declare}
1198 Example:
1200 @c ===beg===
1201 @c H (H (a, b), H (c, H (d, e)));
1202 @c declare (H, nary);
1203 @c H (H (a, b), H (c, H (d, e)));
1204 @c ===end===
1205 @example
1206 (%i1) H (H (a, b), H (c, H (d, e)));
1207 (%o1)               H(H(a, b), H(c, H(d, e)))
1208 (%i2) declare (H, nary);
1209 (%o2)                         done
1210 (%i3) H (H (a, b), H (c, H (d, e)));
1211 (%o3)                   H(a, b, c, d, e)
1212 @end example
1213 @end defvr
1215 @c NEEDS CLARIFICATION, EXAMPLES
1217 @c -----------------------------------------------------------------------------
1218 @anchor{negdistrib}
1219 @defvr {Option variable} negdistrib
1220 Default value: @code{true}
1222 When @code{negdistrib} is @code{true}, -1 distributes over an expression.
1223 E.g., @code{-(x + y)} becomes @code{- y - x}.  Setting it to @code{false}
1224 will allow @code{- (x + y)} to be displayed like that.  This is sometimes useful
1225 but be very careful: like the @code{simp} flag, this is one flag you do not
1226 want to set to @code{false} as a matter of course or necessarily for other
1227 than local use in your Maxima.
1229 Example:
1231 @c ===beg===
1232 @c negdistrib;
1233 @c -(x+y);
1234 @c negdistrib : not negdistrib ;
1235 @c -(x+y);
1236 @c ===end===
1237 @example
1238 @group
1239 (%i1) negdistrib;
1240 (%o1)                         true
1241 @end group
1242 @group
1243 (%i2) -(x+y);
1244 (%o2)                       (- y) - x
1245 @end group
1246 @group
1247 (%i3) negdistrib : not negdistrib ;
1248 (%o3)                         false
1249 @end group
1250 @group
1251 (%i4) -(x+y);
1252 (%o4)                       - (y + x)
1253 @end group
1254 @end example
1256 @opencatbox{Categories:}
1257 @category{Simplification flags and variables}
1258 @closecatbox
1259 @end defvr
1261 @c -----------------------------------------------------------------------------
1262 @anchor{opproperties}
1263 @defvr {System variable} opproperties
1265 @code{opproperties} is the list of the special operator properties recognized
1266 by the Maxima simplifier.
1268 Items are added to the @code{opproperties} list by the function @mrefdot{define_opproperty}
1270 Example:
1272 @c ===beg===
1273 @c opproperties;
1274 @c ===end===
1275 @example
1276 @group
1277 (%i1) opproperties;
1278 (%o1) [linear, additive, multiplicative, outative, evenfun, 
1279 oddfun, commutative, symmetric, antisymmetric, nary, 
1280 lassociative, rassociative]
1281 @end group
1282 @end example
1284 @opencatbox{Categories:}
1285 @category{Global variables}
1286 @category{Operators}
1287 @category{Simplification}
1288 @closecatbox
1289 @end defvr
1291 @c NEEDS EXAMPLES
1293 @c -----------------------------------------------------------------------------
1294 @anchor{define_opproperty}
1295 @deffn {Function} define_opproperty (@var{property_name}, @var{simplifier_fn})
1297 Declares the symbol @var{property_name} to be an operator property,
1298 which is simplified by @var{simplifier_fn},
1299 which may be the name of a Maxima or Lisp function or a lambda expression.
1300 After @code{define_opproperty} is called,
1301 functions and operators may be declared to have the @var{property_name} property,
1302 and @var{simplifier_fn} is called to simplify them.
1304 @var{simplifier_fn} must be a function of one argument,
1305 which is an expression in which the main operator is declared to have the @var{property_name} property.
1307 @var{simplifier_fn} is called with the global flag @code{simp} disabled.
1308 Therefore @var{simplifier_fn} must be able to carry out its simplification
1309 without making use of the general simplifier.
1311 @code{define_opproperty} appends @var{property_name} to the
1312 global list @mrefdot{opproperties}
1314 @code{define_opproperty} returns @code{done}.
1316 Example:
1318 Declare a new property, @code{identity}, which is simplified by @code{simplify_identity}.
1319 Declare that @code{f} and @code{g} have the new property.
1321 @c ===beg===
1322 @c define_opproperty (identity, simplify_identity);
1323 @c simplify_identity(e) := first(e);
1324 @c declare ([f, g], identity);
1325 @c f(10 + t);
1326 @c g(3*u) - f(2*u);
1327 @c ===end===
1328 @example
1329 @group
1330 (%i1) define_opproperty (identity, simplify_identity);
1331 (%o1)                         done
1332 @end group
1333 @group
1334 (%i2) simplify_identity(e) := first(e);
1335 (%o2)           simplify_identity(e) := first(e)
1336 @end group
1337 @group
1338 (%i3) declare ([f, g], identity);
1339 (%o3)                         done
1340 @end group
1341 @group
1342 (%i4) f(10 + t);
1343 (%o4)                        t + 10
1344 @end group
1345 @group
1346 (%i5) g(3*u) - f(2*u);
1347 (%o5)                           u
1348 @end group
1349 @end example
1351 @opencatbox{Categories:}
1352 @category{Operators}
1353 @category{Simplification}
1354 @closecatbox
1355 @end deffn
1357 @c -----------------------------------------------------------------------------
1358 @anchor{outative}
1359 @defvr {Property} outative
1361 @code{declare(f, outative)} tells the Maxima simplifier that constant factors
1362 in the argument of @code{f} can be pulled out.
1364 @enumerate
1365 @item
1366 If @code{f} is univariate, whenever the simplifier encounters @code{f} applied
1367 to a product, that product will be partitioned into factors that are constant
1368 and factors that are not and the constant factors will be pulled out.  E.g.,
1369 @code{f(a*x)} will simplify to @code{a*f(x)} where @code{a} is a constant.
1370 Non-atomic constant factors will not be pulled out.
1371 @item
1372 If @code{f} is a function of 2 or more arguments, outativity is defined as in
1373 the case of @mref{sum} or @mrefcomma{integrate} i.e., @code{f (a*g(x), x)} will
1374 simplify to @code{a * f(g(x), x)} for @code{a} free of @code{x}.
1375 @end enumerate
1377 @mrefcomma{sum} @mrefcomma{integrate} and @mref{limit} are all @code{outative}.
1379 Example:
1381 @c ===beg===
1382 @c F1 (100 * x);
1383 @c declare (F1, outative);
1384 @c F1 (100 * x);
1385 @c declare (zz, constant);
1386 @c F1 (zz * y);
1387 @c ===end===
1388 @example
1389 @group
1390 (%i1) F1 (100 * x);
1391 (%o1)                       F1(100 x)
1392 @end group
1393 @group
1394 (%i2) declare (F1, outative);
1395 (%o2)                         done
1396 @end group
1397 @group
1398 (%i3) F1 (100 * x);
1399 (%o3)                       100 F1(x)
1400 @end group
1401 @group
1402 (%i4) declare (zz, constant);
1403 (%o4)                         done
1404 @end group
1405 @group
1406 (%i5) F1 (zz * y);
1407 (%o5)                       zz F1(y)
1408 @end group
1409 @end example
1411 @opencatbox{Categories:}
1412 @category{Declarations and inferences}
1413 @category{Operators}
1414 @closecatbox
1415 @end defvr
1417 @c -----------------------------------------------------------------------------
1418 @anchor{radcan}
1419 @deffn {Function} radcan (@var{expr})
1421 Simplifies @var{expr}, which can contain logs, exponentials, and radicals, by 
1422 converting it into a form which is canonical over a large class of expressions 
1423 and a given ordering of variables; that is, all functionally equivalent forms 
1424 are mapped into a unique form.  For a somewhat larger class of expressions,
1425 @code{radcan} produces a regular form.  Two equivalent expressions in this class 
1426 do not necessarily have the same appearance, but their difference can be 
1427 simplified by @code{radcan} to zero.
1429 For some expressions @code{radcan} is quite time consuming.  This is the cost 
1430 of exploring certain relationships among the components of the expression for 
1431 simplifications based on factoring and partial-fraction expansions of exponents.
1433 @c %e_to_numlog NEEDS ITS OWN @defvar !!!
1435 @c %e_to_numlog HAS NO EFFECT ON RADCAN. RADCAN ALWAYS SIMPLIFIES 
1436 @c exp(a*log(x)) --> x^a. Commenting the following out. 11/2009
1437 @c When @code{%e_to_numlog} is @code{true}, @code{%e^(r*log(expr))} simplifies 
1438 @c to @code{expr^r} if @code{r} is a rational number.
1440 @c RADEXPAND CONTROLS THE SIMPLIFICATION OF THE POWER FUNCTION, E.G.
1441 @c (x*y)^a --> x^a*y^a AND (x^a)^b --> x^(a*b), IF RADEXPAND HAS THE VALUE 'ALL.
1442 @c THE VALUE OF RADEXPAND HAS NO EFFECT ON RADCAN. RADCAN ALWAYS SIMPLIFIES
1443 @c THE ABOVE EXPRESSIONS. COMMENTING THE FOLLOWING OUT. 11/2009
1444 @c When @code{radexpand} is @code{false}, certain transformations are inhibited.
1445 @c @code{radcan (sqrt (1-x))} remains @code{sqrt (1-x)} and is not simplified 
1446 @c to @code{%i sqrt (x-1)}. @code{radcan (sqrt (x^2 - 2*x + 1))} remains 
1447 @c @code{sqrt (x^2 - 2*x + 1)} and is not simplified to @code{x - 1}.
1449 Examples:
1451 @c ===beg===
1452 @c radcan((log(x+x^2)-log(x))^a/log(1+x)^(a/2));
1453 @c radcan((log(1+2*a^x+a^(2*x))/log(1+a^x)));
1454 @c radcan((%e^x-1)/(1+%e^(x/2)));
1455 @c ===end===
1456 @example
1457 @group
1458 (%i1) radcan((log(x+x^2)-log(x))^a/log(1+x)^(a/2));
1459                                     a/2
1460 (%o1)                     log(x + 1)
1461 @end group
1462 @group
1463 (%i2) radcan((log(1+2*a^x+a^(2*x))/log(1+a^x)));
1464 (%o2)                           2
1465 @end group
1466 @group
1467 (%i3) radcan((%e^x-1)/(1+%e^(x/2)));
1468                               x/2
1469 (%o3)                       %e    - 1
1470 @end group
1471 @end example
1473 @opencatbox{Categories:}
1474 @category{Simplification functions}
1475 @closecatbox
1476 @end deffn
1478 @c NEEDS CLARIFICATION, EXAMPLES
1480 @c -----------------------------------------------------------------------------
1481 @anchor{radexpand}
1482 @defvr {Option variable} radexpand
1483 Default value: @code{true}
1485 @code{radexpand} controls some simplifications of radicals.
1487 When @code{radexpand} is @code{all}, causes nth roots of factors of a product
1488 which are powers of n to be pulled outside of the radical.  E.g. if
1489 @code{radexpand} is @code{all}, @code{sqrt (16*x^2)} simplifies to @code{4*x}.
1491 @c EXPRESS SIMPLIFICATON RULES IN GENERAL CASE, NOT SPECIAL CASE
1492 More particularly, consider @code{sqrt (x^2)}.
1493 @itemize @bullet
1494 @item
1495 If @code{radexpand} is @code{all} or @code{assume (x > 0)} has been executed, 
1496 @code{sqrt(x^2)} simplifies to @code{x}.
1497 @item
1498 If @code{radexpand} is @code{true} and @code{domain} is @code{real}
1499 (its default), @code{sqrt(x^2)} simplifies to @code{abs(x)}.
1500 @item
1501 If @code{radexpand} is @code{false}, or @code{radexpand} is @code{true} and
1502 @code{domain} is @code{complex}, @code{sqrt(x^2)} is not simplified.
1503 @end itemize
1505 @c CORRECT STATEMENT HERE ???
1506 Note that @code{domain} only matters when @code{radexpand} is @code{true}.
1508 @opencatbox{Categories:}
1509 @category{Simplification flags and variables}
1510 @closecatbox
1511 @end defvr
1513 @c NEEDS CLARIFICATION, EXAMPLES
1515 @c -----------------------------------------------------------------------------
1516 @anchor{rassociative}
1517 @defvr {Property} rassociative
1519 @code{declare (g, rassociative)} tells the Maxima
1520 simplifier that @code{g} is right-associative.  E.g.,
1521 @code{g(g(a, b), g(c, d))} simplifies to @code{g(a, g(b, g(c, d)))}.
1523 See also @mrefdot{lassociative}
1525 @opencatbox{Categories:}
1526 @category{Declarations and inferences}
1527 @category{Operators}
1528 @closecatbox
1529 @end defvr
1531 @c NEEDS CLARIFICATION, EXAMPLES
1533 @c -----------------------------------------------------------------------------
1534 @anchor{scsimp}
1535 @deffn {Function} scsimp (@var{expr}, @var{rule_1}, @dots{}, @var{rule_n})
1537 Sequential Comparative Simplification (method due to Stoute).
1538 @code{scsimp} attempts to simplify @var{expr}
1539 according to the rules @var{rule_1}, @dots{}, @var{rule_n}.
1540 If a smaller expression is obtained, the process repeats.  Otherwise after all
1541 simplifications are tried, it returns the original answer.
1543 @c MERGE EXAMPLES INTO THIS FILE
1544 @code{example (scsimp)} displays some examples.
1546 @opencatbox{Categories:}
1547 @category{Simplification functions}
1548 @closecatbox
1549 @end deffn
1551 @c -----------------------------------------------------------------------------
1552 @anchor{simp}
1553 @defvr {Option variable} simp
1554 Default value: @code{true}
1556 @code{simp} enables simplification.  This is the default.  @code{simp} is also
1557 an @code{evflag}, which is recognized by the function @code{ev}.  See @mrefdot{ev}
1559 When @code{simp} is used as an @code{evflag} with a value @code{false}, the 
1560 simplification is suppressed only during the evaluation phase of an expression.
1561 The flag does not suppress the simplification which follows the evaluation 
1562 phase.
1564 Many Maxima functions and operations require simplification to be enabled to work normally.
1565 When simplification is disabled, many results will be incomplete,
1566 and in addition there may be incorrect results or program errors.
1568 Examples:
1570 The simplification is switched off globally.  The expression @code{sin(1.0)} is
1571 not simplified to its numerical value.  The @code{simp}-flag switches the
1572 simplification on.
1574 @c ===beg===
1575 @c simp:false;
1576 @c sin(1.0);
1577 @c sin(1.0),simp;
1578 @c ===end===
1579 @example
1580 @group
1581 (%i1) simp:false;
1582 (%o1)                         false
1583 @end group
1584 @group
1585 (%i2) sin(1.0);
1586 (%o2)                       sin(1.0)
1587 @end group
1588 @group
1589 (%i3) sin(1.0),simp;
1590 (%o3)                  0.8414709848078965
1591 @end group
1592 @end example
1594 The simplification is switched on again.  The @code{simp}-flag cannot suppress
1595 the simplification completely.  The output shows a simplified expression, but
1596 the variable @code{x} has an unsimplified expression as a value, because the
1597 assignment has occurred during the evaluation phase of the expression.
1599 @c ===beg===
1600 @c simp:true;
1601 @c x:sin(1.0),simp:false;
1602 @c :lisp $x
1603 @c ===end===
1604 @example
1605 @group
1606 (%i1) simp:true;
1607 (%o1)                         true
1608 @end group
1609 @group
1610 (%i2) x:sin(1.0),simp:false;
1611 (%o2)                  0.8414709848078965
1612 @end group
1613 @group
1614 (%i3) :lisp $x
1615 ((%SIN) 1.0)
1616 @end group
1617 @end example
1619 @opencatbox{Categories:}
1620 @category{Evaluation flags}
1621 @closecatbox
1622 @end defvr
1624 @c NEEDS CLARIFICATION, EXAMPLES
1626 @c -----------------------------------------------------------------------------
1627 @anchor{symmetric}
1628 @defvr {Property} symmetric
1630 @code{declare (h, symmetric)} tells the Maxima
1631 simplifier that @code{h} is a symmetric function.  E.g., @code{h (x, z, y)} 
1632 simplifies to @code{h (x, y, z)}.
1634 @mref{commutative} is synonymous with @code{symmetric}.
1636 @opencatbox{Categories:}
1637 @category{Declarations and inferences}
1638 @category{Operators}
1639 @closecatbox
1640 @end defvr
1642 @c -----------------------------------------------------------------------------
1643 @anchor{xthru}
1644 @deffn {Function} xthru (@var{expr})
1646 Combines all terms of @var{expr} (which should be a sum) over a common
1647 denominator without expanding products and exponentiated sums as @code{ratsimp}
1648 does.  @code{xthru} cancels common factors in the numerator and denominator of
1649 rational expressions but only if the factors are explicit.
1651 @c REPHRASE IN NEUTRAL TONE (GET RID OF "IT IS BETTER")
1652 Sometimes it is better to use @code{xthru} before @code{ratsimp}ing an
1653 expression in order to cause explicit factors of the gcd of the numerator and
1654 denominator to be canceled thus simplifying the expression to be
1655 @code{ratsimp}ed.
1657 Examples:
1659 @c ===beg===
1660 @c ((x+2)^20 - 2*y)/(x+y)^20 + (x+y)^(-19) - x/(x+y)^20;
1661 @c xthru (%);
1662 @c ===end===
1663 @example
1664 @group
1665 (%i1) ((x+2)^20 - 2*y)/(x+y)^20 + (x+y)^(-19) - x/(x+y)^20;
1666                                 20
1667                  1       (x + 2)   - 2 y       x
1668 (%o1)        --------- + --------------- - ---------
1669                     19             20             20
1670              (y + x)        (y + x)        (y + x)
1671 @end group
1672 @group
1673 (%i2) xthru (%);
1674                                  20
1675                           (x + 2)   - y
1676 (%o2)                     -------------
1677                                    20
1678                             (y + x)
1679 @end group
1680 @end example
1682 @opencatbox{Categories:}
1683 @category{Expressions}
1684 @closecatbox
1685 @end deffn