Bouland and Aaronson, Equation (25)

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Precision: 64

Math

\[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)\right) - 1\]

↓

\[\sqrt{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4} \cdot \left(\sqrt{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4}} \cdot \sqrt{\sqrt[3]{\left(\sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4}} \cdot \sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4}}\right) \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4}} \cdot \sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4}}}\right) - 1\]

C

double f(double a, double b) {
        double r6717273 = a;
        double r6717274 = r6717273 * r6717273;
        double r6717275 = b;
        double r6717276 = r6717275 * r6717275;
        double r6717277 = r6717274 + r6717276;
        double r6717278 = 2.0;
        double r6717279 = pow(r6717277, r6717278);
        double r6717280 = 4.0;
        double r6717281 = 1.0;
        double r6717282 = r6717281 + r6717273;
        double r6717283 = r6717274 * r6717282;
        double r6717284 = 3.0;
        double r6717285 = r6717284 * r6717273;
        double r6717286 = r6717281 - r6717285;
        double r6717287 = r6717276 * r6717286;
        double r6717288 = r6717283 + r6717287;
        double r6717289 = r6717280 * r6717288;
        double r6717290 = r6717279 + r6717289;
        double r6717291 = r6717290 - r6717281;
        return r6717291;
}

↓

double f(double a, double b) {
        double r6717292 = a;
        double r6717293 = r6717292 * r6717292;
        double r6717294 = b;
        double r6717295 = r6717294 * r6717294;
        double r6717296 = r6717293 + r6717295;
        double r6717297 = 2.0;
        double r6717298 = pow(r6717296, r6717297);
        double r6717299 = 1.0;
        double r6717300 = r6717292 + r6717299;
        double r6717301 = r6717293 * r6717300;
        double r6717302 = 3.0;
        double r6717303 = r6717302 * r6717292;
        double r6717304 = r6717299 - r6717303;
        double r6717305 = r6717295 * r6717304;
        double r6717306 = r6717301 + r6717305;
        double r6717307 = 4.0;
        double r6717308 = r6717306 * r6717307;
        double r6717309 = r6717298 + r6717308;
        double r6717310 = sqrt(r6717309);
        double r6717311 = cbrt(r6717309);
        double r6717312 = r6717311 * r6717311;
        double r6717313 = sqrt(r6717312);
        double r6717314 = cbrt(r6717312);
        double r6717315 = cbrt(r6717311);
        double r6717316 = r6717314 * r6717315;
        double r6717317 = r6717316 * r6717311;
        double r6717318 = cbrt(r6717317);
        double r6717319 = r6717318 * r6717315;
        double r6717320 = sqrt(r6717319);
        double r6717321 = r6717313 * r6717320;
        double r6717322 = r6717310 * r6717321;
        double r6717323 = r6717322 - r6717299;
        return r6717323;
}

Error

Bits error versus a

Bits error versus b

Derivation

1. Initial program 0.2

   \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)\right) - 1\]
2. Using strategy rm

3. Applied add-sqr-sqrt 0.2

   \[\leadsto \color{blue}{\sqrt{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}} - 1\]
4. Using strategy rm

5. Applied add-cube-cbrt 0.4

   \[\leadsto \sqrt{\color{blue}{\left(\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}\right) \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}}} \cdot \sqrt{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} - 1\]

6. Applied sqrt-prod 0.3

   \[\leadsto \color{blue}{\left(\sqrt{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}} \cdot \sqrt{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}}\right)} \cdot \sqrt{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} - 1\]
7. Using strategy rm

8. Applied add-cube-cbrt 0.4

   \[\leadsto \left(\sqrt{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}} \cdot \sqrt{\sqrt[3]{\color{blue}{\left(\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}\right) \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}}}}\right) \cdot \sqrt{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} - 1\]

9. Applied cbrt-prod 0.4

   \[\leadsto \left(\sqrt{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}} \cdot \sqrt{\color{blue}{\sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}} \cdot \sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}}}}\right) \cdot \sqrt{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} - 1\]
10. Using strategy rm

11. Applied add-cube-cbrt 0.4

    \[\leadsto \left(\sqrt{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}} \cdot \sqrt{\sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{\color{blue}{\left(\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}\right) \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}}}} \cdot \sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}}}\right) \cdot \sqrt{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} - 1\]

12. Applied cbrt-prod 0.4

    \[\leadsto \left(\sqrt{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}} \cdot \sqrt{\sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \color{blue}{\left(\sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}} \cdot \sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}}\right)}} \cdot \sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)}}}\right) \cdot \sqrt{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(1 + a\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right)} - 1\]

13. Final simplification 0.4

    \[\leadsto \sqrt{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4} \cdot \left(\sqrt{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4}} \cdot \sqrt{\sqrt[3]{\left(\sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4} \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4}} \cdot \sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4}}\right) \cdot \sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4}} \cdot \sqrt[3]{\sqrt[3]{{\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a + 1\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(1 - 3 \cdot a\right)\right) \cdot 4}}}\right) - 1\]

Reproduce

herbie shell --seed 2019179 
(FPCore (a b)
  :name "Bouland and Aaronson, Equation (25)"
  (- (+ (pow (+ (* a a) (* b b)) 2.0) (* 4.0 (+ (* (* a a) (+ 1.0 a)) (* (* b b) (- 1.0 (* 3.0 a)))))) 1.0))