[2633] | 1 | #include <stdlib.h>
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| 2 | #include <stdio.h>
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| 3 | #include "machdefs.h"
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| 4 | #include <iostream>
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| 5 | #include <float.h>
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| 6 | #include <math.h>
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| 7 | #include "harmspher.h"
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| 8 |
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| 9 | using namespace std;
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| 10 |
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| 11 | /*
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| 12 | ----------------------------------------------------------------
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| 13 | ----- Calcul des fonctions de Legendre Plm(cos(Theta)) ------
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| 14 | ----------------------------------------------------------------
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| 15 | (partie theta des harmoniques spheriques)
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| 16 |
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| 17 | HarmSph_array(int lmax,int m,double cost,double *Plm)
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| 18 | HarmSph_array_teta(int lmax,int m,double teta,double *Plm)
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| 19 |
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| 20 | - Input:
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| 21 | lmax, m and teta or cos(teta) (lmax>=m)
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| 22 | array Plm with size at least "lmax-m+1"
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| 23 | (calling with HarmSph_array_teta for small teta is more accurate)
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| 24 |
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| 25 | - Action:
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| 26 | compute Psph for fixed "m" and all "l" from "m" to "lmax"
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| 27 |
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| 28 | - Return array: Psph(l,m)
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| 29 | index Psph(l,m) = Plm[l-m]
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| 30 |
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| 31 | - Return value:
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| 32 | Psph(lmax,m) = Plm[lmax-m]
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| 33 |
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| 34 | - Rappel: x = cos(teta)
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| 35 | Polynomes de Legendre associes: P(l,m)
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| 36 | Polynomes de Legendre pour les harmoniques spheriques: Psph(l,m)
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| 37 | (souvent appelles lambda_lm)
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| 38 | Psph(l,m) = sqrt((2l+1)/4Pi) * sqrt((l-m)!/(l+m)!) * P(l,m)
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| 39 | ----------------------------------------------------------------
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| 40 | */
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| 41 |
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---|
| 42 | double HarmSph_array_teta(int lmax,int m,double teta,double *xlm)
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| 43 | {
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| 44 | // Debug level
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| 45 | const int lp=0;
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| 46 | // Si une valeur finale est <10^EXPO_MINI on retourne zero
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| 47 | const double EXPO_MINI = DBL_MIN_10_EXP +5;
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| 48 | // Si une valeur dans la reccurence est <FACTMINI on renormalise
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| 49 | const double FACTMINI = 1.e-50;
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---|
| 50 |
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---|
| 51 | if(m<0 || m>lmax) {
|
---|
| 52 | cout<<"HarmSph_array_Error: bad arguments lmax="<<lmax<<" m="<<m<<endl;
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---|
| 53 | return(0.);
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---|
| 54 | }
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| 55 |
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---|
| 56 | double x = cos(teta);
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| 57 | if(lp) cout<<"HarmSph_array_teta: x="<<x<<" lmax="<<lmax<<" m="<<m<<endl;
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| 58 |
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---|
| 59 | /* ---- calcul Psph(0,0) = 1/sqrt(4Pi) */
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| 60 | xlm[0] = M_2_SQRTPI/4.;
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| 61 | if(m==0 && lmax==0) return xlm[0];
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| 62 |
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| 63 | /* ---- calcul Psph(m,m):
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| 64 | Recurrence:
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| 65 | P(l,m) = (-1)^m * (2m-1)!! * (1-x^2)^(m/2)
|
---|
| 66 | Psph(m+1,m+1) = -Psph(m,m) * sin(teta)*sqrt((2m+3)/(2m+2))
|
---|
| 67 | ou Psph(m,m) = - Psph(m-1,m-1) * sin(teta)*sqrt((2m+1)/2m)
|
---|
| 68 | et Psph(0,0) = 1/sqrt(4Pi)
|
---|
| 69 | Pb: pour m grand et sin(teta) petit sin(teta)^m devient
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---|
| 70 | plus petit que la limite machine (1e-300) et on obtient zero
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---|
| 71 | */
|
---|
| 72 | double expos = 0.;
|
---|
| 73 | if(m>0) { // Psph(0,0) == xlm[0]
|
---|
| 74 | //double st = sqrt((1.-x)*(1.+x));
|
---|
[2634] | 75 | double st = fabs(sin(teta));
|
---|
[2633] | 76 | for(int i=1;i<=m;i++) {
|
---|
| 77 | xlm[0] *= -sqrt(((double)i+0.5)/(double)i) *st;
|
---|
| 78 | double fxlm = fabs(xlm[0]);
|
---|
| 79 | if(fxlm<FACTMINI && fxlm>0.) {
|
---|
| 80 | if(lp>1) cout<<i<<" renorm: xlm[0]="<<xlm[0]<<" e="<<log10(fxlm);
|
---|
| 81 | xlm[0] = (xlm[0]>0.)? 1.: -1.;
|
---|
| 82 | expos += log10(fxlm);
|
---|
| 83 | if(lp>1) cout<<" --> "<<xlm[0]<<", expos="<<expos<<endl;
|
---|
| 84 | }
|
---|
| 85 | }
|
---|
| 86 | }
|
---|
| 87 | if(lp) cout<<"End computing Pmm="<<xlm[0]<<", expos="<<expos<<endl;
|
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| 88 |
|
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| 89 | /* ---- calcul Psph(m+1,m):
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| 90 | Formule:
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[2892] | 91 | P(m+1,m) = cos(teta)*sqrt(2m+1)*P(m,m)
|
---|
| 92 | Psph(m+1,m) = cos(teta)*sqrt(2m+3)*Psph(m,m)
|
---|
[2633] | 93 | En fait cela s'integre sans probleme dans la recurrence generale ci-dessous
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| 94 | */
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| 95 | /* ---- calcul de Psph(l,m) pour l>m+1 :
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| 96 | Recurrence:
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---|
| 97 | P(l,m) = [ (2l-1)*x * P(l-1,m) - (l-1+m) * P(l-2,m) ] / (l-m)
|
---|
| 98 | Psph(l,m) = sqrt((4*l^2-1)/(l^2-m^2))
|
---|
| 99 | * [ cos(teta) * Psph(l-1,m)
|
---|
| 100 | - sqrt(((l-1)^2-m^2)/(4*(l-1)^2-1)) * Psph(l-2,m) ]
|
---|
| 101 | Psph(l,m) = sqrt((2l-1)*(2l+1)/((l-m)*(l+m)))
|
---|
| 102 | * [ cos(teta) * Psph(l-1,m)
|
---|
| 103 | - sqrt((l-m-1)*(l-1+m)/((2l-3)*(2l-1))) * Psph(l-2,m) ]
|
---|
| 104 |
|
---|
| 105 | */
|
---|
| 106 | if(lmax>m) {
|
---|
| 107 | const double expo_factmini = log10(FACTMINI);
|
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| 108 | double factmaxi = 1./FACTMINI;
|
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| 109 | double pm2=0., pm1=xlm[0], b_rec=0.;
|
---|
| 110 | for(int ll=m+1;ll<=lmax;ll++) {
|
---|
| 111 | int il = ll-m;
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---|
| 112 | double a_rec = sqrt( (2.*ll-1.)*(2.*ll+1.)/((ll-m)*(ll+m)) );
|
---|
| 113 | xlm[il] = a_rec*(x*pm1-b_rec*pm2);
|
---|
| 114 | double fxlm = fabs(xlm[il]);
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| 115 | // Par construction "expos" est negatif ou nul (car FACTMINI<1)
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---|
| 116 | if(expos<0. && fxlm>factmaxi) {
|
---|
| 117 | // On renormalise par factmaxi si on a encore de la reserve d'exposant
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| 118 | double fact,efact;
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| 119 | if(expos<expo_factmini) {
|
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| 120 | fact = factmaxi;
|
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| 121 | efact = -expo_factmini;
|
---|
| 122 | expos += efact;
|
---|
| 123 | } else {
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---|
| 124 | fact = pow(10.,expos);
|
---|
| 125 | efact = expos;
|
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| 126 | expos = 0.;
|
---|
| 127 | if(lp>1) cout<<"!! expos==0 !!"<<endl;
|
---|
| 128 | }
|
---|
| 129 | if(lp>1) cout<<ll<<" renorm: xlm["<<il<<"]="<<xlm[il]<<", expos="<<expos<<endl;
|
---|
| 130 | for(int i=0;i<=ll-m;i++) xlm[i] /= fact;
|
---|
| 131 | }
|
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| 132 | pm2 = xlm[il-1];
|
---|
| 133 | pm1 = xlm[il];
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| 134 | b_rec = 1./a_rec;
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---|
| 135 | }
|
---|
| 136 | }
|
---|
| 137 |
|
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| 138 | if(lp) cout<<"Return: Final expos="<<expos<<endl;
|
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| 139 | if(expos!=0.) {
|
---|
| 140 | for(int i=0;i<=lmax-m;i++) {
|
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[2635] | 141 | double fxml=fabs(xlm[i]);
|
---|
| 142 | if(lp>1) cout<<" xlm["<<i<<"]="<<xlm[i];
|
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| 143 | if(fxml>0.) {
|
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| 144 | double e = log10(fxml);
|
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| 145 | if(lp>1) cout<<" (e="<<e<<")";
|
---|
| 146 | if(expos+e<EXPO_MINI) xlm[i] = 0.;
|
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| 147 | else if(expos>EXPO_MINI) xlm[i] *= pow(10.,expos);
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| 148 | else xlm[i] = pow(10.,expos+e);
|
---|
| 149 | }
|
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[2633] | 150 | if(lp>1) cout<<" ---> "<<xlm[i]<<endl;
|
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| 151 | }
|
---|
| 152 | }
|
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| 153 | return xlm[lmax-m];
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| 154 |
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| 155 | }
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