Quadratic roots, wide range

Average Error: 52.8 → 52.0

Time: 34.0s

Precision: 64

\[4.930380657631324 \cdot 10^{-32} \lt a \lt 2.028240960365167 \cdot 10^{+31} \land 4.930380657631324 \cdot 10^{-32} \lt b \lt 2.028240960365167 \cdot 10^{+31} \land 4.930380657631324 \cdot 10^{-32} \lt c \lt 2.028240960365167 \cdot 10^{+31}\]

Math

\[\frac{\left(-b\right) + \sqrt{b \cdot b - \left(4 \cdot a\right) \cdot c}}{2 \cdot a}\]

↓

\[\left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}}\right) \cdot \left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{\sqrt[3]{2}}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{1}{\sqrt[3]{2} \cdot \sqrt[3]{2}}}\right)\]

C

double f(double a, double b, double c) {
        double r1569909 = b;
        double r1569910 = -r1569909;
        double r1569911 = r1569909 * r1569909;
        double r1569912 = 4.0;
        double r1569913 = a;
        double r1569914 = r1569912 * r1569913;
        double r1569915 = c;
        double r1569916 = r1569914 * r1569915;
        double r1569917 = r1569911 - r1569916;
        double r1569918 = sqrt(r1569917);
        double r1569919 = r1569910 + r1569918;
        double r1569920 = 2.0;
        double r1569921 = r1569920 * r1569913;
        double r1569922 = r1569919 / r1569921;
        return r1569922;
}

↓

double f(double a, double b, double c) {
        double r1569923 = c;
        double r1569924 = a;
        double r1569925 = -4.0;
        double r1569926 = r1569924 * r1569925;
        double r1569927 = b;
        double r1569928 = r1569927 * r1569927;
        double r1569929 = fma(r1569923, r1569926, r1569928);
        double r1569930 = sqrt(r1569929);
        double r1569931 = sqrt(r1569930);
        double r1569932 = -r1569927;
        double r1569933 = fma(r1569931, r1569931, r1569932);
        double r1569934 = 2.0;
        double r1569935 = r1569933 / r1569934;
        double r1569936 = r1569935 / r1569924;
        double r1569937 = cbrt(r1569936);
        double r1569938 = r1569937 * r1569937;
        double r1569939 = cbrt(r1569934);
        double r1569940 = r1569933 / r1569939;
        double r1569941 = r1569940 / r1569924;
        double r1569942 = cbrt(r1569941);
        double r1569943 = 1.0;
        double r1569944 = r1569939 * r1569939;
        double r1569945 = r1569943 / r1569944;
        double r1569946 = cbrt(r1569945);
        double r1569947 = r1569942 * r1569946;
        double r1569948 = r1569938 * r1569947;
        return r1569948;
}

Error

Bits error versus a

Bits error versus b

Bits error versus c

Derivation

1. Initial program 52.8

   \[\frac{\left(-b\right) + \sqrt{b \cdot b - \left(4 \cdot a\right) \cdot c}}{2 \cdot a}\]

2. Simplified 52.8

   \[\leadsto \color{blue}{\frac{\frac{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)} - b}{2}}{a}}\]
3. Using strategy rm

4. Applied add-sqr-sqrt 52.6

   \[\leadsto \frac{\frac{\color{blue}{\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}} \cdot \sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}} - b}{2}}{a}\]

5. Applied fma-neg 52.0

   \[\leadsto \frac{\frac{\color{blue}{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}}{2}}{a}\]
6. Using strategy rm

7. Applied add-cube-cbrt 52.0

   \[\leadsto \color{blue}{\left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}}\right) \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}}}\]
8. Using strategy rm

9. Applied *-un-lft-identity 52.0

   \[\leadsto \left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}}\right) \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{\color{blue}{1 \cdot a}}}\]

10. Applied add-cube-cbrt 52.0

    \[\leadsto \left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}}\right) \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{\color{blue}{\left(\sqrt[3]{2} \cdot \sqrt[3]{2}\right) \cdot \sqrt[3]{2}}}}{1 \cdot a}}\]

11. Applied *-un-lft-identity 52.0

    \[\leadsto \left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}}\right) \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\color{blue}{1 \cdot \mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}}{\left(\sqrt[3]{2} \cdot \sqrt[3]{2}\right) \cdot \sqrt[3]{2}}}{1 \cdot a}}\]

12. Applied times-frac 52.0

    \[\leadsto \left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}}\right) \cdot \sqrt[3]{\frac{\color{blue}{\frac{1}{\sqrt[3]{2} \cdot \sqrt[3]{2}} \cdot \frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{\sqrt[3]{2}}}}{1 \cdot a}}\]

13. Applied times-frac 52.0

    \[\leadsto \left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}}\right) \cdot \sqrt[3]{\color{blue}{\frac{\frac{1}{\sqrt[3]{2} \cdot \sqrt[3]{2}}}{1} \cdot \frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{\sqrt[3]{2}}}{a}}}\]

14. Applied cbrt-prod 52.0

    \[\leadsto \left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}}\right) \cdot \color{blue}{\left(\sqrt[3]{\frac{\frac{1}{\sqrt[3]{2} \cdot \sqrt[3]{2}}}{1}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{\sqrt[3]{2}}}{a}}\right)}\]

15. Simplified 52.0

    \[\leadsto \left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}}\right) \cdot \left(\color{blue}{\sqrt[3]{\frac{1}{\sqrt[3]{2} \cdot \sqrt[3]{2}}}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(-4 \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{\sqrt[3]{2}}}{a}}\right)\]

16. Final simplification 52.0

    \[\leadsto \left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{2}}{a}}\right) \cdot \left(\sqrt[3]{\frac{\frac{\mathsf{fma}\left(\left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(\sqrt{\sqrt{\mathsf{fma}\left(c, \left(a \cdot -4\right), \left(b \cdot b\right)\right)}}\right), \left(-b\right)\right)}{\sqrt[3]{2}}}{a}} \cdot \sqrt[3]{\frac{1}{\sqrt[3]{2} \cdot \sqrt[3]{2}}}\right)\]

Reproduce

herbie shell --seed 2019130 +o rules:numerics
(FPCore (a b c)
  :name "Quadratic roots, wide range"
  :pre (and (< 4.930380657631324e-32 a 2.028240960365167e+31) (< 4.930380657631324e-32 b 2.028240960365167e+31) (< 4.930380657631324e-32 c 2.028240960365167e+31))
  (/ (+ (- b) (sqrt (- (* b b) (* (* 4 a) c)))) (* 2 a)))