Bouland and Aaronson, Equation (26)

Percentage Accurate: 99.9% → 99.9%
Time: 11.3s
Alternatives: 15
Speedup: N/A×

Specification

?
\[\begin{array}{l} \\ \left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \end{array} \]
(FPCore (a b)
 :precision binary64
 (- (+ (pow (+ (* a a) (* b b)) 2.0) (* 4.0 (* b b))) 1.0))
double code(double a, double b) {
	return (pow(((a * a) + (b * b)), 2.0) + (4.0 * (b * b))) - 1.0;
}
real(8) function code(a, b)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: b
    code = ((((a * a) + (b * b)) ** 2.0d0) + (4.0d0 * (b * b))) - 1.0d0
end function
public static double code(double a, double b) {
	return (Math.pow(((a * a) + (b * b)), 2.0) + (4.0 * (b * b))) - 1.0;
}
def code(a, b):
	return (math.pow(((a * a) + (b * b)), 2.0) + (4.0 * (b * b))) - 1.0
function code(a, b)
	return Float64(Float64((Float64(Float64(a * a) + Float64(b * b)) ^ 2.0) + Float64(4.0 * Float64(b * b))) - 1.0)
end
function tmp = code(a, b)
	tmp = ((((a * a) + (b * b)) ^ 2.0) + (4.0 * (b * b))) - 1.0;
end
code[a_, b_] := N[(N[(N[Power[N[(N[(a * a), $MachinePrecision] + N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], 2.0], $MachinePrecision] + N[(4.0 * N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision] - 1.0), $MachinePrecision]
\begin{array}{l}

\\
\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1
\end{array}

Sampling outcomes in binary64 precision:

Local Percentage Accuracy vs ?

The average percentage accuracy by input value. Horizontal axis shows value of an input variable; the variable is choosen in the title. Vertical axis is accuracy; higher is better. Red represent the original program, while blue represents Herbie's suggestion. These can be toggled with buttons below the plot. The line is an average while dots represent individual samples.

Accuracy vs Speed?

Herbie found 15 alternatives:

AlternativeAccuracySpeedup
The accuracy (vertical axis) and speed (horizontal axis) of each alternatives. Up and to the right is better. The red square shows the initial program, and each blue circle shows an alternative.The line shows the best available speed-accuracy tradeoffs.

Initial Program: 99.9% accurate, 1.0× speedup?

\[\begin{array}{l} \\ \left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \end{array} \]
(FPCore (a b)
 :precision binary64
 (- (+ (pow (+ (* a a) (* b b)) 2.0) (* 4.0 (* b b))) 1.0))
double code(double a, double b) {
	return (pow(((a * a) + (b * b)), 2.0) + (4.0 * (b * b))) - 1.0;
}
real(8) function code(a, b)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: b
    code = ((((a * a) + (b * b)) ** 2.0d0) + (4.0d0 * (b * b))) - 1.0d0
end function
public static double code(double a, double b) {
	return (Math.pow(((a * a) + (b * b)), 2.0) + (4.0 * (b * b))) - 1.0;
}
def code(a, b):
	return (math.pow(((a * a) + (b * b)), 2.0) + (4.0 * (b * b))) - 1.0
function code(a, b)
	return Float64(Float64((Float64(Float64(a * a) + Float64(b * b)) ^ 2.0) + Float64(4.0 * Float64(b * b))) - 1.0)
end
function tmp = code(a, b)
	tmp = ((((a * a) + (b * b)) ^ 2.0) + (4.0 * (b * b))) - 1.0;
end
code[a_, b_] := N[(N[(N[Power[N[(N[(a * a), $MachinePrecision] + N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], 2.0], $MachinePrecision] + N[(4.0 * N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision] - 1.0), $MachinePrecision]
\begin{array}{l}

\\
\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1
\end{array}

Alternative 1: 99.9% accurate, 4.3× speedup?

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\ \frac{1}{\frac{\frac{1}{t\_0}}{t\_0}} + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) \end{array} \end{array} \]
(FPCore (a b)
 :precision binary64
 (let* ((t_0 (+ (* a a) (* b b))))
   (+ (/ 1.0 (/ (/ 1.0 t_0) t_0)) (+ (* (* b b) 4.0) -1.0))))
double code(double a, double b) {
	double t_0 = (a * a) + (b * b);
	return (1.0 / ((1.0 / t_0) / t_0)) + (((b * b) * 4.0) + -1.0);
}
real(8) function code(a, b)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: b
    real(8) :: t_0
    t_0 = (a * a) + (b * b)
    code = (1.0d0 / ((1.0d0 / t_0) / t_0)) + (((b * b) * 4.0d0) + (-1.0d0))
end function
public static double code(double a, double b) {
	double t_0 = (a * a) + (b * b);
	return (1.0 / ((1.0 / t_0) / t_0)) + (((b * b) * 4.0) + -1.0);
}
def code(a, b):
	t_0 = (a * a) + (b * b)
	return (1.0 / ((1.0 / t_0) / t_0)) + (((b * b) * 4.0) + -1.0)
function code(a, b)
	t_0 = Float64(Float64(a * a) + Float64(b * b))
	return Float64(Float64(1.0 / Float64(Float64(1.0 / t_0) / t_0)) + Float64(Float64(Float64(b * b) * 4.0) + -1.0))
end
function tmp = code(a, b)
	t_0 = (a * a) + (b * b);
	tmp = (1.0 / ((1.0 / t_0) / t_0)) + (((b * b) * 4.0) + -1.0);
end
code[a_, b_] := Block[{t$95$0 = N[(N[(a * a), $MachinePrecision] + N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, N[(N[(1.0 / N[(N[(1.0 / t$95$0), $MachinePrecision] / t$95$0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision] + N[(N[(N[(b * b), $MachinePrecision] * 4.0), $MachinePrecision] + -1.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
\begin{array}{l}

\\
\begin{array}{l}
t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\
\frac{1}{\frac{\frac{1}{t\_0}}{t\_0}} + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)
\end{array}
\end{array}
Derivation
  1. Initial program 99.8%

    \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
  2. Step-by-step derivation
    1. associate--l+N/A

      \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
    2. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
    3. unpow2N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
    4. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
    5. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    6. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    7. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    8. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
    9. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    10. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
    11. sub-negN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
    12. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
    13. *-commutativeN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
    14. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
    15. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
    16. metadata-eval99.8%

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
  3. Simplified99.8%

    \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
  4. Add Preprocessing
  5. Step-by-step derivation
    1. distribute-rgt-inN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
    2. flip-+N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\frac{\left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) - \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) \cdot \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) - \left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)}\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
    3. clear-numN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\frac{1}{\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) - \left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)}{\left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) - \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) \cdot \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)}}\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
    4. metadata-evalN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\frac{-1 \cdot -1}{\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) - \left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)}{\left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) - \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) \cdot \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)}}\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(b, b\right)}, 4\right), -1\right)\right) \]
    5. /-lowering-/.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\left(-1 \cdot -1\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) - \left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)}{\left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) \cdot \left(\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) - \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) \cdot \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
  6. Applied egg-rr18.5%

    \[\leadsto \color{blue}{\frac{1}{\frac{a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right) - b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right) - b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)\right)}}} + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) \]
  7. Step-by-step derivation
    1. clear-numN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \left(\frac{1}{\frac{\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right) - b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)\right)}{a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right) - b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
    2. inv-powN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \left({\left(\frac{\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right) \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right) - b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)\right)}{a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right) - b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}\right)}^{-1}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
  8. Applied egg-rr99.8%

    \[\leadsto \frac{1}{\color{blue}{\frac{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}}{a \cdot a + b \cdot b}}} + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) \]
  9. Add Preprocessing

Alternative 2: 99.9% accurate, 4.6× speedup?

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\ \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) + \frac{t\_0}{\frac{1}{t\_0}} \end{array} \end{array} \]
(FPCore (a b)
 :precision binary64
 (let* ((t_0 (+ (* a a) (* b b))))
   (+ (+ (* (* b b) 4.0) -1.0) (/ t_0 (/ 1.0 t_0)))))
double code(double a, double b) {
	double t_0 = (a * a) + (b * b);
	return (((b * b) * 4.0) + -1.0) + (t_0 / (1.0 / t_0));
}
real(8) function code(a, b)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: b
    real(8) :: t_0
    t_0 = (a * a) + (b * b)
    code = (((b * b) * 4.0d0) + (-1.0d0)) + (t_0 / (1.0d0 / t_0))
end function
public static double code(double a, double b) {
	double t_0 = (a * a) + (b * b);
	return (((b * b) * 4.0) + -1.0) + (t_0 / (1.0 / t_0));
}
def code(a, b):
	t_0 = (a * a) + (b * b)
	return (((b * b) * 4.0) + -1.0) + (t_0 / (1.0 / t_0))
function code(a, b)
	t_0 = Float64(Float64(a * a) + Float64(b * b))
	return Float64(Float64(Float64(Float64(b * b) * 4.0) + -1.0) + Float64(t_0 / Float64(1.0 / t_0)))
end
function tmp = code(a, b)
	t_0 = (a * a) + (b * b);
	tmp = (((b * b) * 4.0) + -1.0) + (t_0 / (1.0 / t_0));
end
code[a_, b_] := Block[{t$95$0 = N[(N[(a * a), $MachinePrecision] + N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, N[(N[(N[(N[(b * b), $MachinePrecision] * 4.0), $MachinePrecision] + -1.0), $MachinePrecision] + N[(t$95$0 / N[(1.0 / t$95$0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
\begin{array}{l}

\\
\begin{array}{l}
t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\
\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) + \frac{t\_0}{\frac{1}{t\_0}}
\end{array}
\end{array}
Derivation
  1. Initial program 99.8%

    \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
  2. Step-by-step derivation
    1. associate--l+N/A

      \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
    2. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
    3. unpow2N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
    4. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
    5. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    6. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    7. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    8. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
    9. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    10. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
    11. sub-negN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
    12. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
    13. *-commutativeN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
    14. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
    15. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
    16. metadata-eval99.8%

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
  3. Simplified99.8%

    \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
  4. Add Preprocessing
  5. Step-by-step derivation
    1. flip3-+N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
    2. clear-numN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \frac{1}{\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}}\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
    3. un-div-invN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}}\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
    4. /-lowering-/.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
    5. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(b, b\right)}, 4\right), -1\right)\right) \]
    6. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\color{blue}{b}, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
    7. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{b}\right), 4\right), -1\right)\right) \]
    8. clear-numN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{1}{\frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
    9. metadata-evalN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{-1 \cdot -1}{\frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
    10. flip3-+N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{-1 \cdot -1}{a \cdot a + b \cdot b}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
    11. /-lowering-/.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{/.f64}\left(\left(-1 \cdot -1\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
  6. Applied egg-rr99.8%

    \[\leadsto \color{blue}{\frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}}} + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) \]
  7. Final simplification99.8%

    \[\leadsto \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) + \frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}} \]
  8. Add Preprocessing

Alternative 3: 99.9% accurate, 5.0× speedup?

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\ \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) + t\_0 \cdot t\_0 \end{array} \end{array} \]
(FPCore (a b)
 :precision binary64
 (let* ((t_0 (+ (* a a) (* b b)))) (+ (+ (* (* b b) 4.0) -1.0) (* t_0 t_0))))
double code(double a, double b) {
	double t_0 = (a * a) + (b * b);
	return (((b * b) * 4.0) + -1.0) + (t_0 * t_0);
}
real(8) function code(a, b)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: b
    real(8) :: t_0
    t_0 = (a * a) + (b * b)
    code = (((b * b) * 4.0d0) + (-1.0d0)) + (t_0 * t_0)
end function
public static double code(double a, double b) {
	double t_0 = (a * a) + (b * b);
	return (((b * b) * 4.0) + -1.0) + (t_0 * t_0);
}
def code(a, b):
	t_0 = (a * a) + (b * b)
	return (((b * b) * 4.0) + -1.0) + (t_0 * t_0)
function code(a, b)
	t_0 = Float64(Float64(a * a) + Float64(b * b))
	return Float64(Float64(Float64(Float64(b * b) * 4.0) + -1.0) + Float64(t_0 * t_0))
end
function tmp = code(a, b)
	t_0 = (a * a) + (b * b);
	tmp = (((b * b) * 4.0) + -1.0) + (t_0 * t_0);
end
code[a_, b_] := Block[{t$95$0 = N[(N[(a * a), $MachinePrecision] + N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, N[(N[(N[(N[(b * b), $MachinePrecision] * 4.0), $MachinePrecision] + -1.0), $MachinePrecision] + N[(t$95$0 * t$95$0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
\begin{array}{l}

\\
\begin{array}{l}
t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\
\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) + t\_0 \cdot t\_0
\end{array}
\end{array}
Derivation
  1. Initial program 99.8%

    \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
  2. Step-by-step derivation
    1. associate--l+N/A

      \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
    2. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
    3. unpow2N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
    4. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
    5. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    6. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    7. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    8. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
    9. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
    10. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
    11. sub-negN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
    12. +-lowering-+.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
    13. *-commutativeN/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
    14. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
    15. *-lowering-*.f64N/A

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
    16. metadata-eval99.8%

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
  3. Simplified99.8%

    \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
  4. Add Preprocessing
  5. Final simplification99.8%

    \[\leadsto \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) + \left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) \]
  6. Add Preprocessing

Alternative 4: 98.0% accurate, 5.3× speedup?

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 10^{+14}:\\ \;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b + 4\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;-1 + \frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a}}\\ \end{array} \end{array} \]
(FPCore (a b)
 :precision binary64
 (if (<= (* a a) 1e+14)
   (+ -1.0 (* b (* b (+ (* b b) 4.0))))
   (+ -1.0 (/ (+ (* a a) (* b b)) (/ 1.0 (* a a))))))
double code(double a, double b) {
	double tmp;
	if ((a * a) <= 1e+14) {
		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)));
	} else {
		tmp = -1.0 + (((a * a) + (b * b)) / (1.0 / (a * a)));
	}
	return tmp;
}
real(8) function code(a, b)
    real(8), intent (in) :: a
    real(8), intent (in) :: b
    real(8) :: tmp
    if ((a * a) <= 1d+14) then
        tmp = (-1.0d0) + (b * (b * ((b * b) + 4.0d0)))
    else
        tmp = (-1.0d0) + (((a * a) + (b * b)) / (1.0d0 / (a * a)))
    end if
    code = tmp
end function
public static double code(double a, double b) {
	double tmp;
	if ((a * a) <= 1e+14) {
		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)));
	} else {
		tmp = -1.0 + (((a * a) + (b * b)) / (1.0 / (a * a)));
	}
	return tmp;
}
def code(a, b):
	tmp = 0
	if (a * a) <= 1e+14:
		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)))
	else:
		tmp = -1.0 + (((a * a) + (b * b)) / (1.0 / (a * a)))
	return tmp
function code(a, b)
	tmp = 0.0
	if (Float64(a * a) <= 1e+14)
		tmp = Float64(-1.0 + Float64(b * Float64(b * Float64(Float64(b * b) + 4.0))));
	else
		tmp = Float64(-1.0 + Float64(Float64(Float64(a * a) + Float64(b * b)) / Float64(1.0 / Float64(a * a))));
	end
	return tmp
end
function tmp_2 = code(a, b)
	tmp = 0.0;
	if ((a * a) <= 1e+14)
		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)));
	else
		tmp = -1.0 + (((a * a) + (b * b)) / (1.0 / (a * a)));
	end
	tmp_2 = tmp;
end
code[a_, b_] := If[LessEqual[N[(a * a), $MachinePrecision], 1e+14], N[(-1.0 + N[(b * N[(b * N[(N[(b * b), $MachinePrecision] + 4.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], N[(-1.0 + N[(N[(N[(a * a), $MachinePrecision] + N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision] / N[(1.0 / N[(a * a), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
\begin{array}{l}

\\
\begin{array}{l}
\mathbf{if}\;a \cdot a \leq 10^{+14}:\\
\;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b + 4\right)\right)\\

\mathbf{else}:\\
\;\;\;\;-1 + \frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a}}\\


\end{array}
\end{array}
Derivation
  1. Split input into 2 regimes
  2. if (*.f64 a a) < 1e14

    1. Initial program 99.8%

      \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
    2. Step-by-step derivation
      1. associate--l+N/A

        \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
      2. +-lowering-+.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
      3. unpow2N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
      4. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
      5. +-lowering-+.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
      6. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
      7. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
      8. +-lowering-+.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
      9. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
      10. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
      11. sub-negN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
      12. +-lowering-+.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
      13. *-commutativeN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
      14. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
      15. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
      16. metadata-eval99.8%

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
    3. Simplified99.8%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
    4. Add Preprocessing
    5. Taylor expanded in a around 0

      \[\leadsto \color{blue}{\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) - 1} \]
    6. Step-by-step derivation
      1. sub-negN/A

        \[\leadsto \left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)} \]
      2. +-lowering-+.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right) \]
      3. +-commutativeN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{4} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
      4. metadata-evalN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{\left(2 \cdot 2\right)} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      5. pow-sqrN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{2} \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      6. unpow2N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      7. associate-*l*N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2}\right) + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      8. *-commutativeN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      9. unpow2N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      10. associate-*r*N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + \left(4 \cdot b\right) \cdot b\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      11. distribute-rgt-outN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
      12. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
      13. *-commutativeN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + b \cdot 4\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      14. distribute-lft-outN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left({b}^{2} + 4\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      15. +-commutativeN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      16. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      17. +-lowering-+.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left({b}^{2}\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      18. unpow2N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      19. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
      20. metadata-eval99.1%

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
    7. Simplified99.1%

      \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(4 + b \cdot b\right)\right) + -1} \]

    if 1e14 < (*.f64 a a)

    1. Initial program 99.8%

      \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
    2. Step-by-step derivation
      1. associate--l+N/A

        \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
      2. +-lowering-+.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
      3. unpow2N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
      4. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
      5. +-lowering-+.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
      6. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
      7. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
      8. +-lowering-+.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
      9. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
      10. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
      11. sub-negN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
      12. +-lowering-+.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
      13. *-commutativeN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
      14. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
      15. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
      16. metadata-eval99.8%

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
    3. Simplified99.8%

      \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
    4. Add Preprocessing
    5. Step-by-step derivation
      1. flip3-+N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
      2. clear-numN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \frac{1}{\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}}\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
      3. un-div-invN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}}\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
      4. /-lowering-/.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
      5. +-lowering-+.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(b, b\right)}, 4\right), -1\right)\right) \]
      6. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\color{blue}{b}, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
      7. *-lowering-*.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{b}\right), 4\right), -1\right)\right) \]
      8. clear-numN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{1}{\frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
      9. metadata-evalN/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{-1 \cdot -1}{\frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
      10. flip3-+N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{-1 \cdot -1}{a \cdot a + b \cdot b}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
      11. /-lowering-/.f64N/A

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{/.f64}\left(\left(-1 \cdot -1\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
    6. Applied egg-rr99.8%

      \[\leadsto \color{blue}{\frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}}} + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) \]
    7. Taylor expanded in b around 0

      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \color{blue}{-1}\right) \]
    8. Step-by-step derivation
      1. Simplified99.8%

        \[\leadsto \frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}} + \color{blue}{-1} \]
      2. Taylor expanded in a around inf

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \color{blue}{\left(\frac{1}{{a}^{2}}\right)}\right), -1\right) \]
      3. Step-by-step derivation
        1. /-lowering-/.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{/.f64}\left(1, \left({a}^{2}\right)\right)\right), -1\right) \]
        2. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{/.f64}\left(1, \left(a \cdot a\right)\right)\right), -1\right) \]
        3. *-lowering-*.f6498.3%

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{*.f64}\left(a, a\right)\right)\right), -1\right) \]
      4. Simplified98.3%

        \[\leadsto \frac{a \cdot a + b \cdot b}{\color{blue}{\frac{1}{a \cdot a}}} + -1 \]
    9. Recombined 2 regimes into one program.
    10. Final simplification98.8%

      \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 10^{+14}:\\ \;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b + 4\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;-1 + \frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a}}\\ \end{array} \]
    11. Add Preprocessing

    Alternative 5: 81.5% accurate, 5.5× speedup?

    \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 2 \cdot 10^{-89}:\\ \;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot 4\right)\\ \mathbf{elif}\;a \cdot a \leq 10^{+22}:\\ \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\ \end{array} \end{array} \]
    (FPCore (a b)
     :precision binary64
     (if (<= (* a a) 2e-89)
       (+ -1.0 (* b (* b 4.0)))
       (if (<= (* a a) 1e+22) (* b (* b (* b b))) (* a (* a (* a a))))))
    double code(double a, double b) {
    	double tmp;
    	if ((a * a) <= 2e-89) {
    		tmp = -1.0 + (b * (b * 4.0));
    	} else if ((a * a) <= 1e+22) {
    		tmp = b * (b * (b * b));
    	} else {
    		tmp = a * (a * (a * a));
    	}
    	return tmp;
    }
    
    real(8) function code(a, b)
        real(8), intent (in) :: a
        real(8), intent (in) :: b
        real(8) :: tmp
        if ((a * a) <= 2d-89) then
            tmp = (-1.0d0) + (b * (b * 4.0d0))
        else if ((a * a) <= 1d+22) then
            tmp = b * (b * (b * b))
        else
            tmp = a * (a * (a * a))
        end if
        code = tmp
    end function
    
    public static double code(double a, double b) {
    	double tmp;
    	if ((a * a) <= 2e-89) {
    		tmp = -1.0 + (b * (b * 4.0));
    	} else if ((a * a) <= 1e+22) {
    		tmp = b * (b * (b * b));
    	} else {
    		tmp = a * (a * (a * a));
    	}
    	return tmp;
    }
    
    def code(a, b):
    	tmp = 0
    	if (a * a) <= 2e-89:
    		tmp = -1.0 + (b * (b * 4.0))
    	elif (a * a) <= 1e+22:
    		tmp = b * (b * (b * b))
    	else:
    		tmp = a * (a * (a * a))
    	return tmp
    
    function code(a, b)
    	tmp = 0.0
    	if (Float64(a * a) <= 2e-89)
    		tmp = Float64(-1.0 + Float64(b * Float64(b * 4.0)));
    	elseif (Float64(a * a) <= 1e+22)
    		tmp = Float64(b * Float64(b * Float64(b * b)));
    	else
    		tmp = Float64(a * Float64(a * Float64(a * a)));
    	end
    	return tmp
    end
    
    function tmp_2 = code(a, b)
    	tmp = 0.0;
    	if ((a * a) <= 2e-89)
    		tmp = -1.0 + (b * (b * 4.0));
    	elseif ((a * a) <= 1e+22)
    		tmp = b * (b * (b * b));
    	else
    		tmp = a * (a * (a * a));
    	end
    	tmp_2 = tmp;
    end
    
    code[a_, b_] := If[LessEqual[N[(a * a), $MachinePrecision], 2e-89], N[(-1.0 + N[(b * N[(b * 4.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], If[LessEqual[N[(a * a), $MachinePrecision], 1e+22], N[(b * N[(b * N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], N[(a * N[(a * N[(a * a), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]]
    
    \begin{array}{l}
    
    \\
    \begin{array}{l}
    \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 2 \cdot 10^{-89}:\\
    \;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot 4\right)\\
    
    \mathbf{elif}\;a \cdot a \leq 10^{+22}:\\
    \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)\\
    
    \mathbf{else}:\\
    \;\;\;\;a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\
    
    
    \end{array}
    \end{array}
    
    Derivation
    1. Split input into 3 regimes
    2. if (*.f64 a a) < 2.00000000000000008e-89

      1. Initial program 99.8%

        \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
      2. Step-by-step derivation
        1. associate--l+N/A

          \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
        2. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
        3. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        4. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        5. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        6. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        7. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        8. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        9. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        10. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
        11. sub-negN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
        12. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
        13. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
        14. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
        15. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
        16. metadata-eval99.8%

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
      3. Simplified99.8%

        \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
      4. Add Preprocessing
      5. Taylor expanded in a around 0

        \[\leadsto \color{blue}{\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) - 1} \]
      6. Step-by-step derivation
        1. sub-negN/A

          \[\leadsto \left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)} \]
        2. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right) \]
        3. +-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{4} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
        4. metadata-evalN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{\left(2 \cdot 2\right)} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        5. pow-sqrN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{2} \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        6. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        7. associate-*l*N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2}\right) + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        8. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        9. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        10. associate-*r*N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + \left(4 \cdot b\right) \cdot b\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        11. distribute-rgt-outN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
        12. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
        13. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + b \cdot 4\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        14. distribute-lft-outN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left({b}^{2} + 4\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        15. +-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        16. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        17. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left({b}^{2}\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        18. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        19. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        20. metadata-eval99.9%

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
      7. Simplified99.9%

        \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(4 + b \cdot b\right)\right) + -1} \]
      8. Taylor expanded in b around 0

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{\left(4 \cdot b\right)}\right), -1\right) \]
      9. Step-by-step derivation
        1. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot 4\right)\right), -1\right) \]
        2. *-lowering-*.f6473.0%

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, 4\right)\right), -1\right) \]
      10. Simplified73.0%

        \[\leadsto b \cdot \color{blue}{\left(b \cdot 4\right)} + -1 \]

      if 2.00000000000000008e-89 < (*.f64 a a) < 1e22

      1. Initial program 99.7%

        \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
      2. Step-by-step derivation
        1. associate--l+N/A

          \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
        2. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
        3. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        4. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        5. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        6. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        7. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        8. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        9. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        10. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
        11. sub-negN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
        12. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
        13. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
        14. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
        15. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
        16. metadata-eval99.7%

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
      3. Simplified99.7%

        \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
      4. Add Preprocessing
      5. Taylor expanded in b around inf

        \[\leadsto \color{blue}{{b}^{4}} \]
      6. Step-by-step derivation
        1. metadata-evalN/A

          \[\leadsto {b}^{\left(2 \cdot \color{blue}{2}\right)} \]
        2. pow-sqrN/A

          \[\leadsto {b}^{2} \cdot \color{blue}{{b}^{2}} \]
        3. unpow2N/A

          \[\leadsto \left(b \cdot b\right) \cdot {\color{blue}{b}}^{2} \]
        4. associate-*l*N/A

          \[\leadsto b \cdot \color{blue}{\left(b \cdot {b}^{2}\right)} \]
        5. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{\left(b \cdot {b}^{2}\right)}\right) \]
        6. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{\left({b}^{2}\right)}\right)\right) \]
        7. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \color{blue}{b}\right)\right)\right) \]
        8. *-lowering-*.f6487.5%

          \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{b}\right)\right)\right) \]
      7. Simplified87.5%

        \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)} \]

      if 1e22 < (*.f64 a a)

      1. Initial program 99.8%

        \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
      2. Step-by-step derivation
        1. associate--l+N/A

          \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
        2. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
        3. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        4. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        5. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        6. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        7. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        8. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        9. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        10. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
        11. sub-negN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
        12. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
        13. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
        14. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
        15. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
        16. metadata-eval99.8%

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
      3. Simplified99.8%

        \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
      4. Add Preprocessing
      5. Taylor expanded in a around inf

        \[\leadsto \color{blue}{{a}^{4}} \]
      6. Step-by-step derivation
        1. metadata-evalN/A

          \[\leadsto {a}^{\left(2 \cdot \color{blue}{2}\right)} \]
        2. pow-sqrN/A

          \[\leadsto {a}^{2} \cdot \color{blue}{{a}^{2}} \]
        3. unpow2N/A

          \[\leadsto \left(a \cdot a\right) \cdot {\color{blue}{a}}^{2} \]
        4. associate-*l*N/A

          \[\leadsto a \cdot \color{blue}{\left(a \cdot {a}^{2}\right)} \]
        5. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{\left(a \cdot {a}^{2}\right)}\right) \]
        6. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{\left({a}^{2}\right)}\right)\right) \]
        7. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \left(a \cdot \color{blue}{a}\right)\right)\right) \]
        8. *-lowering-*.f6494.2%

          \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{a}\right)\right)\right) \]
      7. Simplified94.2%

        \[\leadsto \color{blue}{a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)} \]
    3. Recombined 3 regimes into one program.
    4. Final simplification83.4%

      \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 2 \cdot 10^{-89}:\\ \;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot 4\right)\\ \mathbf{elif}\;a \cdot a \leq 10^{+22}:\\ \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\ \end{array} \]
    5. Add Preprocessing

    Alternative 6: 69.7% accurate, 5.5× speedup?

    \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 10^{-172}:\\ \;\;\;\;-1\\ \mathbf{elif}\;a \cdot a \leq 10^{+22}:\\ \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\ \end{array} \end{array} \]
    (FPCore (a b)
     :precision binary64
     (if (<= (* a a) 1e-172)
       -1.0
       (if (<= (* a a) 1e+22) (* b (* b (* b b))) (* a (* a (* a a))))))
    double code(double a, double b) {
    	double tmp;
    	if ((a * a) <= 1e-172) {
    		tmp = -1.0;
    	} else if ((a * a) <= 1e+22) {
    		tmp = b * (b * (b * b));
    	} else {
    		tmp = a * (a * (a * a));
    	}
    	return tmp;
    }
    
    real(8) function code(a, b)
        real(8), intent (in) :: a
        real(8), intent (in) :: b
        real(8) :: tmp
        if ((a * a) <= 1d-172) then
            tmp = -1.0d0
        else if ((a * a) <= 1d+22) then
            tmp = b * (b * (b * b))
        else
            tmp = a * (a * (a * a))
        end if
        code = tmp
    end function
    
    public static double code(double a, double b) {
    	double tmp;
    	if ((a * a) <= 1e-172) {
    		tmp = -1.0;
    	} else if ((a * a) <= 1e+22) {
    		tmp = b * (b * (b * b));
    	} else {
    		tmp = a * (a * (a * a));
    	}
    	return tmp;
    }
    
    def code(a, b):
    	tmp = 0
    	if (a * a) <= 1e-172:
    		tmp = -1.0
    	elif (a * a) <= 1e+22:
    		tmp = b * (b * (b * b))
    	else:
    		tmp = a * (a * (a * a))
    	return tmp
    
    function code(a, b)
    	tmp = 0.0
    	if (Float64(a * a) <= 1e-172)
    		tmp = -1.0;
    	elseif (Float64(a * a) <= 1e+22)
    		tmp = Float64(b * Float64(b * Float64(b * b)));
    	else
    		tmp = Float64(a * Float64(a * Float64(a * a)));
    	end
    	return tmp
    end
    
    function tmp_2 = code(a, b)
    	tmp = 0.0;
    	if ((a * a) <= 1e-172)
    		tmp = -1.0;
    	elseif ((a * a) <= 1e+22)
    		tmp = b * (b * (b * b));
    	else
    		tmp = a * (a * (a * a));
    	end
    	tmp_2 = tmp;
    end
    
    code[a_, b_] := If[LessEqual[N[(a * a), $MachinePrecision], 1e-172], -1.0, If[LessEqual[N[(a * a), $MachinePrecision], 1e+22], N[(b * N[(b * N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], N[(a * N[(a * N[(a * a), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]]
    
    \begin{array}{l}
    
    \\
    \begin{array}{l}
    \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 10^{-172}:\\
    \;\;\;\;-1\\
    
    \mathbf{elif}\;a \cdot a \leq 10^{+22}:\\
    \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)\\
    
    \mathbf{else}:\\
    \;\;\;\;a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\
    
    
    \end{array}
    \end{array}
    
    Derivation
    1. Split input into 3 regimes
    2. if (*.f64 a a) < 1e-172

      1. Initial program 99.8%

        \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
      2. Step-by-step derivation
        1. associate--l+N/A

          \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
        2. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
        3. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        4. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        5. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        6. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        7. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        8. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        9. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        10. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
        11. sub-negN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
        12. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
        13. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
        14. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
        15. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
        16. metadata-eval99.8%

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
      3. Simplified99.8%

        \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
      4. Add Preprocessing
      5. Taylor expanded in a around 0

        \[\leadsto \color{blue}{\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) - 1} \]
      6. Step-by-step derivation
        1. sub-negN/A

          \[\leadsto \left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)} \]
        2. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right) \]
        3. +-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{4} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
        4. metadata-evalN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{\left(2 \cdot 2\right)} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        5. pow-sqrN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{2} \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        6. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        7. associate-*l*N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2}\right) + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        8. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        9. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        10. associate-*r*N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + \left(4 \cdot b\right) \cdot b\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        11. distribute-rgt-outN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
        12. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
        13. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + b \cdot 4\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        14. distribute-lft-outN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left({b}^{2} + 4\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        15. +-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        16. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        17. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left({b}^{2}\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        18. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        19. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
        20. metadata-eval99.9%

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
      7. Simplified99.9%

        \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(4 + b \cdot b\right)\right) + -1} \]
      8. Taylor expanded in b around 0

        \[\leadsto \color{blue}{-1} \]
      9. Step-by-step derivation
        1. Simplified56.0%

          \[\leadsto \color{blue}{-1} \]

        if 1e-172 < (*.f64 a a) < 1e22

        1. Initial program 99.7%

          \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
        2. Step-by-step derivation
          1. associate--l+N/A

            \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
          2. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
          3. unpow2N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
          4. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
          5. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          6. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          7. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          8. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
          9. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          10. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
          11. sub-negN/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
          12. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
          13. *-commutativeN/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
          14. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
          15. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
          16. metadata-eval99.7%

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
        3. Simplified99.7%

          \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
        4. Add Preprocessing
        5. Taylor expanded in b around inf

          \[\leadsto \color{blue}{{b}^{4}} \]
        6. Step-by-step derivation
          1. metadata-evalN/A

            \[\leadsto {b}^{\left(2 \cdot \color{blue}{2}\right)} \]
          2. pow-sqrN/A

            \[\leadsto {b}^{2} \cdot \color{blue}{{b}^{2}} \]
          3. unpow2N/A

            \[\leadsto \left(b \cdot b\right) \cdot {\color{blue}{b}}^{2} \]
          4. associate-*l*N/A

            \[\leadsto b \cdot \color{blue}{\left(b \cdot {b}^{2}\right)} \]
          5. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{\left(b \cdot {b}^{2}\right)}\right) \]
          6. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{\left({b}^{2}\right)}\right)\right) \]
          7. unpow2N/A

            \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \color{blue}{b}\right)\right)\right) \]
          8. *-lowering-*.f6468.6%

            \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{b}\right)\right)\right) \]
        7. Simplified68.6%

          \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)} \]

        if 1e22 < (*.f64 a a)

        1. Initial program 99.8%

          \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
        2. Step-by-step derivation
          1. associate--l+N/A

            \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
          2. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
          3. unpow2N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
          4. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
          5. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          6. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          7. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          8. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
          9. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          10. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
          11. sub-negN/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
          12. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
          13. *-commutativeN/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
          14. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
          15. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
          16. metadata-eval99.8%

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
        3. Simplified99.8%

          \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
        4. Add Preprocessing
        5. Taylor expanded in a around inf

          \[\leadsto \color{blue}{{a}^{4}} \]
        6. Step-by-step derivation
          1. metadata-evalN/A

            \[\leadsto {a}^{\left(2 \cdot \color{blue}{2}\right)} \]
          2. pow-sqrN/A

            \[\leadsto {a}^{2} \cdot \color{blue}{{a}^{2}} \]
          3. unpow2N/A

            \[\leadsto \left(a \cdot a\right) \cdot {\color{blue}{a}}^{2} \]
          4. associate-*l*N/A

            \[\leadsto a \cdot \color{blue}{\left(a \cdot {a}^{2}\right)} \]
          5. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{\left(a \cdot {a}^{2}\right)}\right) \]
          6. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{\left({a}^{2}\right)}\right)\right) \]
          7. unpow2N/A

            \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \left(a \cdot \color{blue}{a}\right)\right)\right) \]
          8. *-lowering-*.f6494.2%

            \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{a}\right)\right)\right) \]
        7. Simplified94.2%

          \[\leadsto \color{blue}{a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)} \]
      10. Recombined 3 regimes into one program.
      11. Add Preprocessing

      Alternative 7: 99.3% accurate, 5.5× speedup?

      \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\ \frac{1}{\frac{\frac{1}{t\_0}}{t\_0}} + -1 \end{array} \end{array} \]
      (FPCore (a b)
       :precision binary64
       (let* ((t_0 (+ (* a a) (* b b)))) (+ (/ 1.0 (/ (/ 1.0 t_0) t_0)) -1.0)))
      double code(double a, double b) {
      	double t_0 = (a * a) + (b * b);
      	return (1.0 / ((1.0 / t_0) / t_0)) + -1.0;
      }
      
      real(8) function code(a, b)
          real(8), intent (in) :: a
          real(8), intent (in) :: b
          real(8) :: t_0
          t_0 = (a * a) + (b * b)
          code = (1.0d0 / ((1.0d0 / t_0) / t_0)) + (-1.0d0)
      end function
      
      public static double code(double a, double b) {
      	double t_0 = (a * a) + (b * b);
      	return (1.0 / ((1.0 / t_0) / t_0)) + -1.0;
      }
      
      def code(a, b):
      	t_0 = (a * a) + (b * b)
      	return (1.0 / ((1.0 / t_0) / t_0)) + -1.0
      
      function code(a, b)
      	t_0 = Float64(Float64(a * a) + Float64(b * b))
      	return Float64(Float64(1.0 / Float64(Float64(1.0 / t_0) / t_0)) + -1.0)
      end
      
      function tmp = code(a, b)
      	t_0 = (a * a) + (b * b);
      	tmp = (1.0 / ((1.0 / t_0) / t_0)) + -1.0;
      end
      
      code[a_, b_] := Block[{t$95$0 = N[(N[(a * a), $MachinePrecision] + N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, N[(N[(1.0 / N[(N[(1.0 / t$95$0), $MachinePrecision] / t$95$0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision] + -1.0), $MachinePrecision]]
      
      \begin{array}{l}
      
      \\
      \begin{array}{l}
      t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\
      \frac{1}{\frac{\frac{1}{t\_0}}{t\_0}} + -1
      \end{array}
      \end{array}
      
      Derivation
      1. Initial program 99.8%

        \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
      2. Step-by-step derivation
        1. associate--l+N/A

          \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
        2. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
        3. unpow2N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        4. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        5. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        6. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        7. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        8. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
        9. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
        10. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
        11. sub-negN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
        12. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
        13. *-commutativeN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
        14. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
        15. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
        16. metadata-eval99.8%

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
      3. Simplified99.8%

        \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
      4. Add Preprocessing
      5. Step-by-step derivation
        1. flip3-+N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
        2. clear-numN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \frac{1}{\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}}\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
        3. un-div-invN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}}\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
        4. /-lowering-/.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
        5. +-lowering-+.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(b, b\right)}, 4\right), -1\right)\right) \]
        6. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\color{blue}{b}, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
        7. *-lowering-*.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{b}\right), 4\right), -1\right)\right) \]
        8. clear-numN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{1}{\frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
        9. metadata-evalN/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{-1 \cdot -1}{\frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
        10. flip3-+N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{-1 \cdot -1}{a \cdot a + b \cdot b}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
        11. /-lowering-/.f64N/A

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{/.f64}\left(\left(-1 \cdot -1\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
      6. Applied egg-rr99.8%

        \[\leadsto \color{blue}{\frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}}} + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) \]
      7. Taylor expanded in b around 0

        \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \color{blue}{-1}\right) \]
      8. Step-by-step derivation
        1. Simplified99.4%

          \[\leadsto \frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}} + \color{blue}{-1} \]
        2. Step-by-step derivation
          1. clear-numN/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\frac{1}{\frac{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}}{a \cdot a + b \cdot b}}\right), -1\right) \]
          2. /-lowering-/.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \left(\frac{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}}{a \cdot a + b \cdot b}\right)\right), -1\right) \]
          3. /-lowering-/.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{/.f64}\left(\left(\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)\right), -1\right) \]
          4. /-lowering-/.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{/.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)\right), -1\right) \]
          5. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{/.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)\right), -1\right) \]
          6. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{/.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)\right), -1\right) \]
          7. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{/.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)\right), -1\right) \]
          8. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{/.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
          9. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{/.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
          10. *-lowering-*.f6499.4%

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{/.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
        3. Applied egg-rr99.4%

          \[\leadsto \color{blue}{\frac{1}{\frac{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}}{a \cdot a + b \cdot b}}} + -1 \]
        4. Add Preprocessing

        Alternative 8: 98.1% accurate, 5.8× speedup?

        \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 10^{+14}:\\ \;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b + 4\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + \left(b \cdot b\right) \cdot 2\right)\\ \end{array} \end{array} \]
        (FPCore (a b)
         :precision binary64
         (if (<= (* a a) 1e+14)
           (+ -1.0 (* b (* b (+ (* b b) 4.0))))
           (* (* a a) (+ (* a a) (* (* b b) 2.0)))))
        double code(double a, double b) {
        	double tmp;
        	if ((a * a) <= 1e+14) {
        		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)));
        	} else {
        		tmp = (a * a) * ((a * a) + ((b * b) * 2.0));
        	}
        	return tmp;
        }
        
        real(8) function code(a, b)
            real(8), intent (in) :: a
            real(8), intent (in) :: b
            real(8) :: tmp
            if ((a * a) <= 1d+14) then
                tmp = (-1.0d0) + (b * (b * ((b * b) + 4.0d0)))
            else
                tmp = (a * a) * ((a * a) + ((b * b) * 2.0d0))
            end if
            code = tmp
        end function
        
        public static double code(double a, double b) {
        	double tmp;
        	if ((a * a) <= 1e+14) {
        		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)));
        	} else {
        		tmp = (a * a) * ((a * a) + ((b * b) * 2.0));
        	}
        	return tmp;
        }
        
        def code(a, b):
        	tmp = 0
        	if (a * a) <= 1e+14:
        		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)))
        	else:
        		tmp = (a * a) * ((a * a) + ((b * b) * 2.0))
        	return tmp
        
        function code(a, b)
        	tmp = 0.0
        	if (Float64(a * a) <= 1e+14)
        		tmp = Float64(-1.0 + Float64(b * Float64(b * Float64(Float64(b * b) + 4.0))));
        	else
        		tmp = Float64(Float64(a * a) * Float64(Float64(a * a) + Float64(Float64(b * b) * 2.0)));
        	end
        	return tmp
        end
        
        function tmp_2 = code(a, b)
        	tmp = 0.0;
        	if ((a * a) <= 1e+14)
        		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)));
        	else
        		tmp = (a * a) * ((a * a) + ((b * b) * 2.0));
        	end
        	tmp_2 = tmp;
        end
        
        code[a_, b_] := If[LessEqual[N[(a * a), $MachinePrecision], 1e+14], N[(-1.0 + N[(b * N[(b * N[(N[(b * b), $MachinePrecision] + 4.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], N[(N[(a * a), $MachinePrecision] * N[(N[(a * a), $MachinePrecision] + N[(N[(b * b), $MachinePrecision] * 2.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
        
        \begin{array}{l}
        
        \\
        \begin{array}{l}
        \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 10^{+14}:\\
        \;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b + 4\right)\right)\\
        
        \mathbf{else}:\\
        \;\;\;\;\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + \left(b \cdot b\right) \cdot 2\right)\\
        
        
        \end{array}
        \end{array}
        
        Derivation
        1. Split input into 2 regimes
        2. if (*.f64 a a) < 1e14

          1. Initial program 99.8%

            \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
          2. Step-by-step derivation
            1. associate--l+N/A

              \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
            2. +-lowering-+.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
            3. unpow2N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
            4. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
            5. +-lowering-+.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
            6. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
            7. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
            8. +-lowering-+.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
            9. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
            10. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
            11. sub-negN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
            12. +-lowering-+.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
            13. *-commutativeN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
            14. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
            15. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
            16. metadata-eval99.8%

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
          3. Simplified99.8%

            \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
          4. Add Preprocessing
          5. Taylor expanded in a around 0

            \[\leadsto \color{blue}{\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) - 1} \]
          6. Step-by-step derivation
            1. sub-negN/A

              \[\leadsto \left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)} \]
            2. +-lowering-+.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right) \]
            3. +-commutativeN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{4} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
            4. metadata-evalN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{\left(2 \cdot 2\right)} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            5. pow-sqrN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{2} \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            6. unpow2N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            7. associate-*l*N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2}\right) + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            8. *-commutativeN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            9. unpow2N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            10. associate-*r*N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + \left(4 \cdot b\right) \cdot b\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            11. distribute-rgt-outN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
            12. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
            13. *-commutativeN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + b \cdot 4\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            14. distribute-lft-outN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left({b}^{2} + 4\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            15. +-commutativeN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            16. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            17. +-lowering-+.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left({b}^{2}\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            18. unpow2N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            19. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
            20. metadata-eval99.1%

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
          7. Simplified99.1%

            \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(4 + b \cdot b\right)\right) + -1} \]

          if 1e14 < (*.f64 a a)

          1. Initial program 99.8%

            \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
          2. Step-by-step derivation
            1. associate--l+N/A

              \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
            2. +-lowering-+.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
            3. unpow2N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
            4. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
            5. +-lowering-+.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
            6. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
            7. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
            8. +-lowering-+.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
            9. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
            10. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
            11. sub-negN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
            12. +-lowering-+.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
            13. *-commutativeN/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
            14. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
            15. *-lowering-*.f64N/A

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
            16. metadata-eval99.8%

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
          3. Simplified99.8%

            \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
          4. Add Preprocessing
          5. Taylor expanded in a around inf

            \[\leadsto \color{blue}{{a}^{4} \cdot \left(1 + 2 \cdot \frac{{b}^{2}}{{a}^{2}}\right)} \]
          6. Step-by-step derivation
            1. +-commutativeN/A

              \[\leadsto {a}^{4} \cdot \left(2 \cdot \frac{{b}^{2}}{{a}^{2}} + \color{blue}{1}\right) \]
            2. distribute-rgt-inN/A

              \[\leadsto \left(2 \cdot \frac{{b}^{2}}{{a}^{2}}\right) \cdot {a}^{4} + \color{blue}{1 \cdot {a}^{4}} \]
            3. associate-*l*N/A

              \[\leadsto 2 \cdot \left(\frac{{b}^{2}}{{a}^{2}} \cdot {a}^{4}\right) + \color{blue}{1} \cdot {a}^{4} \]
            4. metadata-evalN/A

              \[\leadsto 2 \cdot \left(\frac{{b}^{2}}{{a}^{2}} \cdot {a}^{\left(2 \cdot 2\right)}\right) + 1 \cdot {a}^{4} \]
            5. pow-sqrN/A

              \[\leadsto 2 \cdot \left(\frac{{b}^{2}}{{a}^{2}} \cdot \left({a}^{2} \cdot {a}^{2}\right)\right) + 1 \cdot {a}^{4} \]
            6. associate-*r*N/A

              \[\leadsto 2 \cdot \left(\left(\frac{{b}^{2}}{{a}^{2}} \cdot {a}^{2}\right) \cdot {a}^{2}\right) + 1 \cdot {a}^{4} \]
            7. associate-*l/N/A

              \[\leadsto 2 \cdot \left(\frac{{b}^{2} \cdot {a}^{2}}{{a}^{2}} \cdot {a}^{2}\right) + 1 \cdot {a}^{4} \]
            8. associate-/l*N/A

              \[\leadsto 2 \cdot \left(\left({b}^{2} \cdot \frac{{a}^{2}}{{a}^{2}}\right) \cdot {a}^{2}\right) + 1 \cdot {a}^{4} \]
            9. *-inversesN/A

              \[\leadsto 2 \cdot \left(\left({b}^{2} \cdot 1\right) \cdot {a}^{2}\right) + 1 \cdot {a}^{4} \]
            10. *-rgt-identityN/A

              \[\leadsto 2 \cdot \left({b}^{2} \cdot {a}^{2}\right) + 1 \cdot {a}^{4} \]
            11. *-commutativeN/A

              \[\leadsto 2 \cdot \left({a}^{2} \cdot {b}^{2}\right) + 1 \cdot {a}^{4} \]
            12. *-lft-identityN/A

              \[\leadsto 2 \cdot \left({a}^{2} \cdot {b}^{2}\right) + {a}^{\color{blue}{4}} \]
            13. *-commutativeN/A

              \[\leadsto 2 \cdot \left({b}^{2} \cdot {a}^{2}\right) + {a}^{4} \]
            14. associate-*r*N/A

              \[\leadsto \left(2 \cdot {b}^{2}\right) \cdot {a}^{2} + {\color{blue}{a}}^{4} \]
            15. metadata-evalN/A

              \[\leadsto \left(2 \cdot {b}^{2}\right) \cdot {a}^{2} + {a}^{\left(2 \cdot \color{blue}{2}\right)} \]
          7. Simplified98.3%

            \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + 2 \cdot \left(b \cdot b\right)\right)} \]
        3. Recombined 2 regimes into one program.
        4. Final simplification98.8%

          \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 10^{+14}:\\ \;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b + 4\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a + \left(b \cdot b\right) \cdot 2\right)\\ \end{array} \]
        5. Add Preprocessing

        Alternative 9: 99.3% accurate, 6.1× speedup?

        \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\ -1 + \frac{t\_0}{\frac{1}{t\_0}} \end{array} \end{array} \]
        (FPCore (a b)
         :precision binary64
         (let* ((t_0 (+ (* a a) (* b b)))) (+ -1.0 (/ t_0 (/ 1.0 t_0)))))
        double code(double a, double b) {
        	double t_0 = (a * a) + (b * b);
        	return -1.0 + (t_0 / (1.0 / t_0));
        }
        
        real(8) function code(a, b)
            real(8), intent (in) :: a
            real(8), intent (in) :: b
            real(8) :: t_0
            t_0 = (a * a) + (b * b)
            code = (-1.0d0) + (t_0 / (1.0d0 / t_0))
        end function
        
        public static double code(double a, double b) {
        	double t_0 = (a * a) + (b * b);
        	return -1.0 + (t_0 / (1.0 / t_0));
        }
        
        def code(a, b):
        	t_0 = (a * a) + (b * b)
        	return -1.0 + (t_0 / (1.0 / t_0))
        
        function code(a, b)
        	t_0 = Float64(Float64(a * a) + Float64(b * b))
        	return Float64(-1.0 + Float64(t_0 / Float64(1.0 / t_0)))
        end
        
        function tmp = code(a, b)
        	t_0 = (a * a) + (b * b);
        	tmp = -1.0 + (t_0 / (1.0 / t_0));
        end
        
        code[a_, b_] := Block[{t$95$0 = N[(N[(a * a), $MachinePrecision] + N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, N[(-1.0 + N[(t$95$0 / N[(1.0 / t$95$0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
        
        \begin{array}{l}
        
        \\
        \begin{array}{l}
        t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\
        -1 + \frac{t\_0}{\frac{1}{t\_0}}
        \end{array}
        \end{array}
        
        Derivation
        1. Initial program 99.8%

          \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
        2. Step-by-step derivation
          1. associate--l+N/A

            \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
          2. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
          3. unpow2N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
          4. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
          5. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          6. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          7. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          8. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
          9. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
          10. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
          11. sub-negN/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
          12. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
          13. *-commutativeN/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
          14. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
          15. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
          16. metadata-eval99.8%

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
        3. Simplified99.8%

          \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
        4. Add Preprocessing
        5. Step-by-step derivation
          1. flip3-+N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
          2. clear-numN/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \frac{1}{\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}}\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
          3. un-div-invN/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}}\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
          4. /-lowering-/.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right)}, -1\right)\right) \]
          5. +-lowering-+.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\color{blue}{\mathsf{*.f64}\left(b, b\right)}, 4\right), -1\right)\right) \]
          6. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\color{blue}{b}, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
          7. *-lowering-*.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{b}\right), 4\right), -1\right)\right) \]
          8. clear-numN/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{1}{\frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
          9. metadata-evalN/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{-1 \cdot -1}{\frac{{\left(a \cdot a\right)}^{3} + {\left(b \cdot b\right)}^{3}}{\left(a \cdot a\right) \cdot \left(a \cdot a\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot \left(b \cdot b\right) - \left(a \cdot a\right) \cdot \left(b \cdot b\right)\right)}}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
          10. flip3-+N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(\frac{-1 \cdot -1}{a \cdot a + b \cdot b}\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
          11. /-lowering-/.f64N/A

            \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{/.f64}\left(\left(-1 \cdot -1\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), \color{blue}{4}\right), -1\right)\right) \]
        6. Applied egg-rr99.8%

          \[\leadsto \color{blue}{\frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}}} + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right) \]
        7. Taylor expanded in b around 0

          \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{/.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{/.f64}\left(1, \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \color{blue}{-1}\right) \]
        8. Step-by-step derivation
          1. Simplified99.4%

            \[\leadsto \frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}} + \color{blue}{-1} \]
          2. Final simplification99.4%

            \[\leadsto -1 + \frac{a \cdot a + b \cdot b}{\frac{1}{a \cdot a + b \cdot b}} \]
          3. Add Preprocessing

          Alternative 10: 94.6% accurate, 6.4× speedup?

          \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 10^{+22}:\\ \;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b + 4\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\ \end{array} \end{array} \]
          (FPCore (a b)
           :precision binary64
           (if (<= (* a a) 1e+22)
             (+ -1.0 (* b (* b (+ (* b b) 4.0))))
             (* a (* a (* a a)))))
          double code(double a, double b) {
          	double tmp;
          	if ((a * a) <= 1e+22) {
          		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)));
          	} else {
          		tmp = a * (a * (a * a));
          	}
          	return tmp;
          }
          
          real(8) function code(a, b)
              real(8), intent (in) :: a
              real(8), intent (in) :: b
              real(8) :: tmp
              if ((a * a) <= 1d+22) then
                  tmp = (-1.0d0) + (b * (b * ((b * b) + 4.0d0)))
              else
                  tmp = a * (a * (a * a))
              end if
              code = tmp
          end function
          
          public static double code(double a, double b) {
          	double tmp;
          	if ((a * a) <= 1e+22) {
          		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)));
          	} else {
          		tmp = a * (a * (a * a));
          	}
          	return tmp;
          }
          
          def code(a, b):
          	tmp = 0
          	if (a * a) <= 1e+22:
          		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)))
          	else:
          		tmp = a * (a * (a * a))
          	return tmp
          
          function code(a, b)
          	tmp = 0.0
          	if (Float64(a * a) <= 1e+22)
          		tmp = Float64(-1.0 + Float64(b * Float64(b * Float64(Float64(b * b) + 4.0))));
          	else
          		tmp = Float64(a * Float64(a * Float64(a * a)));
          	end
          	return tmp
          end
          
          function tmp_2 = code(a, b)
          	tmp = 0.0;
          	if ((a * a) <= 1e+22)
          		tmp = -1.0 + (b * (b * ((b * b) + 4.0)));
          	else
          		tmp = a * (a * (a * a));
          	end
          	tmp_2 = tmp;
          end
          
          code[a_, b_] := If[LessEqual[N[(a * a), $MachinePrecision], 1e+22], N[(-1.0 + N[(b * N[(b * N[(N[(b * b), $MachinePrecision] + 4.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], N[(a * N[(a * N[(a * a), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
          
          \begin{array}{l}
          
          \\
          \begin{array}{l}
          \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 10^{+22}:\\
          \;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b + 4\right)\right)\\
          
          \mathbf{else}:\\
          \;\;\;\;a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\
          
          
          \end{array}
          \end{array}
          
          Derivation
          1. Split input into 2 regimes
          2. if (*.f64 a a) < 1e22

            1. Initial program 99.8%

              \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
            2. Step-by-step derivation
              1. associate--l+N/A

                \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
              2. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
              3. unpow2N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              4. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              5. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              6. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              7. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              8. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              9. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              10. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
              11. sub-negN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
              12. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
              13. *-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
              14. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
              15. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
              16. metadata-eval99.8%

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
            3. Simplified99.8%

              \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
            4. Add Preprocessing
            5. Taylor expanded in a around 0

              \[\leadsto \color{blue}{\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) - 1} \]
            6. Step-by-step derivation
              1. sub-negN/A

                \[\leadsto \left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)} \]
              2. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right) \]
              3. +-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{4} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
              4. metadata-evalN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{\left(2 \cdot 2\right)} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              5. pow-sqrN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{2} \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              6. unpow2N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              7. associate-*l*N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2}\right) + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              8. *-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              9. unpow2N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              10. associate-*r*N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + \left(4 \cdot b\right) \cdot b\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              11. distribute-rgt-outN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
              12. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
              13. *-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + b \cdot 4\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              14. distribute-lft-outN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left({b}^{2} + 4\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              15. +-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              16. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              17. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left({b}^{2}\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              18. unpow2N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              19. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              20. metadata-eval99.2%

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
            7. Simplified99.2%

              \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(4 + b \cdot b\right)\right) + -1} \]

            if 1e22 < (*.f64 a a)

            1. Initial program 99.8%

              \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
            2. Step-by-step derivation
              1. associate--l+N/A

                \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
              2. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
              3. unpow2N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              4. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              5. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              6. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              7. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              8. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              9. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              10. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
              11. sub-negN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
              12. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
              13. *-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
              14. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
              15. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
              16. metadata-eval99.8%

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
            3. Simplified99.8%

              \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
            4. Add Preprocessing
            5. Taylor expanded in a around inf

              \[\leadsto \color{blue}{{a}^{4}} \]
            6. Step-by-step derivation
              1. metadata-evalN/A

                \[\leadsto {a}^{\left(2 \cdot \color{blue}{2}\right)} \]
              2. pow-sqrN/A

                \[\leadsto {a}^{2} \cdot \color{blue}{{a}^{2}} \]
              3. unpow2N/A

                \[\leadsto \left(a \cdot a\right) \cdot {\color{blue}{a}}^{2} \]
              4. associate-*l*N/A

                \[\leadsto a \cdot \color{blue}{\left(a \cdot {a}^{2}\right)} \]
              5. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{\left(a \cdot {a}^{2}\right)}\right) \]
              6. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{\left({a}^{2}\right)}\right)\right) \]
              7. unpow2N/A

                \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \left(a \cdot \color{blue}{a}\right)\right)\right) \]
              8. *-lowering-*.f6494.2%

                \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{a}\right)\right)\right) \]
            7. Simplified94.2%

              \[\leadsto \color{blue}{a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)} \]
          3. Recombined 2 regimes into one program.
          4. Final simplification96.9%

            \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;a \cdot a \leq 10^{+22}:\\ \;\;\;\;-1 + b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b + 4\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\ \end{array} \]
          5. Add Preprocessing

          Alternative 11: 47.5% accurate, 6.8× speedup?

          \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;a \leq 5.3 \cdot 10^{-34}:\\ \;\;\;\;-1\\ \mathbf{elif}\;a \leq 75000000000:\\ \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot 4\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\ \end{array} \end{array} \]
          (FPCore (a b)
           :precision binary64
           (if (<= a 5.3e-34)
             -1.0
             (if (<= a 75000000000.0) (* b (* b 4.0)) (* a (* a (* a a))))))
          double code(double a, double b) {
          	double tmp;
          	if (a <= 5.3e-34) {
          		tmp = -1.0;
          	} else if (a <= 75000000000.0) {
          		tmp = b * (b * 4.0);
          	} else {
          		tmp = a * (a * (a * a));
          	}
          	return tmp;
          }
          
          real(8) function code(a, b)
              real(8), intent (in) :: a
              real(8), intent (in) :: b
              real(8) :: tmp
              if (a <= 5.3d-34) then
                  tmp = -1.0d0
              else if (a <= 75000000000.0d0) then
                  tmp = b * (b * 4.0d0)
              else
                  tmp = a * (a * (a * a))
              end if
              code = tmp
          end function
          
          public static double code(double a, double b) {
          	double tmp;
          	if (a <= 5.3e-34) {
          		tmp = -1.0;
          	} else if (a <= 75000000000.0) {
          		tmp = b * (b * 4.0);
          	} else {
          		tmp = a * (a * (a * a));
          	}
          	return tmp;
          }
          
          def code(a, b):
          	tmp = 0
          	if a <= 5.3e-34:
          		tmp = -1.0
          	elif a <= 75000000000.0:
          		tmp = b * (b * 4.0)
          	else:
          		tmp = a * (a * (a * a))
          	return tmp
          
          function code(a, b)
          	tmp = 0.0
          	if (a <= 5.3e-34)
          		tmp = -1.0;
          	elseif (a <= 75000000000.0)
          		tmp = Float64(b * Float64(b * 4.0));
          	else
          		tmp = Float64(a * Float64(a * Float64(a * a)));
          	end
          	return tmp
          end
          
          function tmp_2 = code(a, b)
          	tmp = 0.0;
          	if (a <= 5.3e-34)
          		tmp = -1.0;
          	elseif (a <= 75000000000.0)
          		tmp = b * (b * 4.0);
          	else
          		tmp = a * (a * (a * a));
          	end
          	tmp_2 = tmp;
          end
          
          code[a_, b_] := If[LessEqual[a, 5.3e-34], -1.0, If[LessEqual[a, 75000000000.0], N[(b * N[(b * 4.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], N[(a * N[(a * N[(a * a), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]]
          
          \begin{array}{l}
          
          \\
          \begin{array}{l}
          \mathbf{if}\;a \leq 5.3 \cdot 10^{-34}:\\
          \;\;\;\;-1\\
          
          \mathbf{elif}\;a \leq 75000000000:\\
          \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot 4\right)\\
          
          \mathbf{else}:\\
          \;\;\;\;a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\
          
          
          \end{array}
          \end{array}
          
          Derivation
          1. Split input into 3 regimes
          2. if a < 5.2999999999999997e-34

            1. Initial program 99.8%

              \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
            2. Step-by-step derivation
              1. associate--l+N/A

                \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
              2. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
              3. unpow2N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              4. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              5. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              6. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              7. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              8. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              9. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              10. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
              11. sub-negN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
              12. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
              13. *-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
              14. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
              15. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
              16. metadata-eval99.8%

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
            3. Simplified99.8%

              \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
            4. Add Preprocessing
            5. Taylor expanded in a around 0

              \[\leadsto \color{blue}{\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) - 1} \]
            6. Step-by-step derivation
              1. sub-negN/A

                \[\leadsto \left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)} \]
              2. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right) \]
              3. +-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{4} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
              4. metadata-evalN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{\left(2 \cdot 2\right)} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              5. pow-sqrN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{2} \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              6. unpow2N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              7. associate-*l*N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2}\right) + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              8. *-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              9. unpow2N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              10. associate-*r*N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + \left(4 \cdot b\right) \cdot b\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              11. distribute-rgt-outN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
              12. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
              13. *-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + b \cdot 4\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              14. distribute-lft-outN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left({b}^{2} + 4\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              15. +-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              16. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              17. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left({b}^{2}\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              18. unpow2N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              19. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
              20. metadata-eval79.9%

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
            7. Simplified79.9%

              \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(4 + b \cdot b\right)\right) + -1} \]
            8. Taylor expanded in b around 0

              \[\leadsto \color{blue}{-1} \]
            9. Step-by-step derivation
              1. Simplified36.2%

                \[\leadsto \color{blue}{-1} \]

              if 5.2999999999999997e-34 < a < 7.5e10

              1. Initial program 99.7%

                \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
              2. Step-by-step derivation
                1. associate--l+N/A

                  \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
                2. +-lowering-+.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
                3. unpow2N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                4. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                5. +-lowering-+.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                6. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                7. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                8. +-lowering-+.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                9. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                10. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
                11. sub-negN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                12. +-lowering-+.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                13. *-commutativeN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                14. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                15. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
                16. metadata-eval99.7%

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
              3. Simplified99.7%

                \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
              4. Add Preprocessing
              5. Taylor expanded in a around 0

                \[\leadsto \color{blue}{\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) - 1} \]
              6. Step-by-step derivation
                1. sub-negN/A

                  \[\leadsto \left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)} \]
                2. +-lowering-+.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right) \]
                3. +-commutativeN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{4} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                4. metadata-evalN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{\left(2 \cdot 2\right)} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                5. pow-sqrN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{2} \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                6. unpow2N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                7. associate-*l*N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2}\right) + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                8. *-commutativeN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                9. unpow2N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                10. associate-*r*N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + \left(4 \cdot b\right) \cdot b\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                11. distribute-rgt-outN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                12. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                13. *-commutativeN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + b \cdot 4\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                14. distribute-lft-outN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left({b}^{2} + 4\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                15. +-commutativeN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                16. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                17. +-lowering-+.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left({b}^{2}\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                18. unpow2N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                19. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                20. metadata-eval99.2%

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
              7. Simplified99.2%

                \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(4 + b \cdot b\right)\right) + -1} \]
              8. Taylor expanded in b around 0

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{\left(4 \cdot b\right)}\right), -1\right) \]
              9. Step-by-step derivation
                1. *-commutativeN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot 4\right)\right), -1\right) \]
                2. *-lowering-*.f6443.4%

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, 4\right)\right), -1\right) \]
              10. Simplified43.4%

                \[\leadsto b \cdot \color{blue}{\left(b \cdot 4\right)} + -1 \]
              11. Taylor expanded in b around inf

                \[\leadsto \color{blue}{4 \cdot {b}^{2}} \]
              12. Step-by-step derivation
                1. unpow2N/A

                  \[\leadsto 4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) \]
                2. associate-*r*N/A

                  \[\leadsto \left(4 \cdot b\right) \cdot \color{blue}{b} \]
                3. *-commutativeN/A

                  \[\leadsto b \cdot \color{blue}{\left(4 \cdot b\right)} \]
                4. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{\left(4 \cdot b\right)}\right) \]
                5. *-commutativeN/A

                  \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \color{blue}{4}\right)\right) \]
                6. *-lowering-*.f6434.0%

                  \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{4}\right)\right) \]
              13. Simplified34.0%

                \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot 4\right)} \]

              if 7.5e10 < a

              1. Initial program 99.8%

                \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
              2. Step-by-step derivation
                1. associate--l+N/A

                  \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
                2. +-lowering-+.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
                3. unpow2N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                4. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                5. +-lowering-+.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                6. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                7. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                8. +-lowering-+.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                9. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                10. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
                11. sub-negN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                12. +-lowering-+.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                13. *-commutativeN/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                14. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                15. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
                16. metadata-eval99.8%

                  \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
              3. Simplified99.8%

                \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
              4. Add Preprocessing
              5. Taylor expanded in a around inf

                \[\leadsto \color{blue}{{a}^{4}} \]
              6. Step-by-step derivation
                1. metadata-evalN/A

                  \[\leadsto {a}^{\left(2 \cdot \color{blue}{2}\right)} \]
                2. pow-sqrN/A

                  \[\leadsto {a}^{2} \cdot \color{blue}{{a}^{2}} \]
                3. unpow2N/A

                  \[\leadsto \left(a \cdot a\right) \cdot {\color{blue}{a}}^{2} \]
                4. associate-*l*N/A

                  \[\leadsto a \cdot \color{blue}{\left(a \cdot {a}^{2}\right)} \]
                5. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{\left(a \cdot {a}^{2}\right)}\right) \]
                6. *-lowering-*.f64N/A

                  \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{\left({a}^{2}\right)}\right)\right) \]
                7. unpow2N/A

                  \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \left(a \cdot \color{blue}{a}\right)\right)\right) \]
                8. *-lowering-*.f6491.2%

                  \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \color{blue}{a}\right)\right)\right) \]
              7. Simplified91.2%

                \[\leadsto \color{blue}{a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)} \]
            10. Recombined 3 regimes into one program.
            11. Add Preprocessing

            Alternative 12: 99.3% accurate, 6.8× speedup?

            \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\ -1 + t\_0 \cdot t\_0 \end{array} \end{array} \]
            (FPCore (a b)
             :precision binary64
             (let* ((t_0 (+ (* a a) (* b b)))) (+ -1.0 (* t_0 t_0))))
            double code(double a, double b) {
            	double t_0 = (a * a) + (b * b);
            	return -1.0 + (t_0 * t_0);
            }
            
            real(8) function code(a, b)
                real(8), intent (in) :: a
                real(8), intent (in) :: b
                real(8) :: t_0
                t_0 = (a * a) + (b * b)
                code = (-1.0d0) + (t_0 * t_0)
            end function
            
            public static double code(double a, double b) {
            	double t_0 = (a * a) + (b * b);
            	return -1.0 + (t_0 * t_0);
            }
            
            def code(a, b):
            	t_0 = (a * a) + (b * b)
            	return -1.0 + (t_0 * t_0)
            
            function code(a, b)
            	t_0 = Float64(Float64(a * a) + Float64(b * b))
            	return Float64(-1.0 + Float64(t_0 * t_0))
            end
            
            function tmp = code(a, b)
            	t_0 = (a * a) + (b * b);
            	tmp = -1.0 + (t_0 * t_0);
            end
            
            code[a_, b_] := Block[{t$95$0 = N[(N[(a * a), $MachinePrecision] + N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]}, N[(-1.0 + N[(t$95$0 * t$95$0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
            
            \begin{array}{l}
            
            \\
            \begin{array}{l}
            t_0 := a \cdot a + b \cdot b\\
            -1 + t\_0 \cdot t\_0
            \end{array}
            \end{array}
            
            Derivation
            1. Initial program 99.8%

              \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
            2. Step-by-step derivation
              1. associate--l+N/A

                \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
              2. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
              3. unpow2N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              4. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              5. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              6. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              7. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              8. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
              9. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
              10. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
              11. sub-negN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
              12. +-lowering-+.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
              13. *-commutativeN/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
              14. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
              15. *-lowering-*.f64N/A

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
              16. metadata-eval99.8%

                \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
            3. Simplified99.8%

              \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
            4. Add Preprocessing
            5. Taylor expanded in b around 0

              \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \color{blue}{-1}\right) \]
            6. Step-by-step derivation
              1. Simplified99.4%

                \[\leadsto \left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \color{blue}{-1} \]
              2. Final simplification99.4%

                \[\leadsto -1 + \left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) \]
              3. Add Preprocessing

              Alternative 13: 94.3% accurate, 7.2× speedup?

              \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;b \cdot b \leq 0.5:\\ \;\;\;\;-1 + a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)\\ \end{array} \end{array} \]
              (FPCore (a b)
               :precision binary64
               (if (<= (* b b) 0.5) (+ -1.0 (* a (* a (* a a)))) (* b (* b (* b b)))))
              double code(double a, double b) {
              	double tmp;
              	if ((b * b) <= 0.5) {
              		tmp = -1.0 + (a * (a * (a * a)));
              	} else {
              		tmp = b * (b * (b * b));
              	}
              	return tmp;
              }
              
              real(8) function code(a, b)
                  real(8), intent (in) :: a
                  real(8), intent (in) :: b
                  real(8) :: tmp
                  if ((b * b) <= 0.5d0) then
                      tmp = (-1.0d0) + (a * (a * (a * a)))
                  else
                      tmp = b * (b * (b * b))
                  end if
                  code = tmp
              end function
              
              public static double code(double a, double b) {
              	double tmp;
              	if ((b * b) <= 0.5) {
              		tmp = -1.0 + (a * (a * (a * a)));
              	} else {
              		tmp = b * (b * (b * b));
              	}
              	return tmp;
              }
              
              def code(a, b):
              	tmp = 0
              	if (b * b) <= 0.5:
              		tmp = -1.0 + (a * (a * (a * a)))
              	else:
              		tmp = b * (b * (b * b))
              	return tmp
              
              function code(a, b)
              	tmp = 0.0
              	if (Float64(b * b) <= 0.5)
              		tmp = Float64(-1.0 + Float64(a * Float64(a * Float64(a * a))));
              	else
              		tmp = Float64(b * Float64(b * Float64(b * b)));
              	end
              	return tmp
              end
              
              function tmp_2 = code(a, b)
              	tmp = 0.0;
              	if ((b * b) <= 0.5)
              		tmp = -1.0 + (a * (a * (a * a)));
              	else
              		tmp = b * (b * (b * b));
              	end
              	tmp_2 = tmp;
              end
              
              code[a_, b_] := If[LessEqual[N[(b * b), $MachinePrecision], 0.5], N[(-1.0 + N[(a * N[(a * N[(a * a), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision], N[(b * N[(b * N[(b * b), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
              
              \begin{array}{l}
              
              \\
              \begin{array}{l}
              \mathbf{if}\;b \cdot b \leq 0.5:\\
              \;\;\;\;-1 + a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\
              
              \mathbf{else}:\\
              \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)\\
              
              
              \end{array}
              \end{array}
              
              Derivation
              1. Split input into 2 regimes
              2. if (*.f64 b b) < 0.5

                1. Initial program 99.8%

                  \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
                2. Step-by-step derivation
                  1. associate--l+N/A

                    \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
                  2. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
                  3. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  4. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  5. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  6. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  7. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  8. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  9. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  10. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
                  11. sub-negN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                  12. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                  13. *-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                  14. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                  15. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
                  16. metadata-eval99.8%

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
                3. Simplified99.8%

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
                4. Add Preprocessing
                5. Taylor expanded in b around 0

                  \[\leadsto \color{blue}{{a}^{4} - 1} \]
                6. Step-by-step derivation
                  1. sub-negN/A

                    \[\leadsto {a}^{4} + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)} \]
                  2. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({a}^{4}\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right) \]
                  3. metadata-evalN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({a}^{\left(2 \cdot 2\right)}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  4. pow-sqrN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({a}^{2} \cdot {a}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                  5. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a\right) \cdot {a}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  6. associate-*l*N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot \left(a \cdot {a}^{2}\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                  7. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, \left(a \cdot {a}^{2}\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                  8. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \left({a}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  9. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \left(a \cdot a\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  10. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, a\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  11. metadata-eval99.1%

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, \mathsf{*.f64}\left(a, a\right)\right)\right), -1\right) \]
                7. Simplified99.1%

                  \[\leadsto \color{blue}{a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right) + -1} \]

                if 0.5 < (*.f64 b b)

                1. Initial program 99.7%

                  \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
                2. Step-by-step derivation
                  1. associate--l+N/A

                    \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
                  2. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
                  3. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  4. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  5. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  6. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  7. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  8. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  9. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  10. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
                  11. sub-negN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                  12. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                  13. *-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                  14. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                  15. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
                  16. metadata-eval99.7%

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
                3. Simplified99.7%

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
                4. Add Preprocessing
                5. Taylor expanded in b around inf

                  \[\leadsto \color{blue}{{b}^{4}} \]
                6. Step-by-step derivation
                  1. metadata-evalN/A

                    \[\leadsto {b}^{\left(2 \cdot \color{blue}{2}\right)} \]
                  2. pow-sqrN/A

                    \[\leadsto {b}^{2} \cdot \color{blue}{{b}^{2}} \]
                  3. unpow2N/A

                    \[\leadsto \left(b \cdot b\right) \cdot {\color{blue}{b}}^{2} \]
                  4. associate-*l*N/A

                    \[\leadsto b \cdot \color{blue}{\left(b \cdot {b}^{2}\right)} \]
                  5. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{\left(b \cdot {b}^{2}\right)}\right) \]
                  6. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{\left({b}^{2}\right)}\right)\right) \]
                  7. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \color{blue}{b}\right)\right)\right) \]
                  8. *-lowering-*.f6490.2%

                    \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{b}\right)\right)\right) \]
                7. Simplified90.2%

                  \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)} \]
              3. Recombined 2 regimes into one program.
              4. Final simplification94.8%

                \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;b \cdot b \leq 0.5:\\ \;\;\;\;-1 + a \cdot \left(a \cdot \left(a \cdot a\right)\right)\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot \left(b \cdot b\right)\right)\\ \end{array} \]
              5. Add Preprocessing

              Alternative 14: 38.3% accurate, 11.6× speedup?

              \[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} \mathbf{if}\;b \leq 0.112:\\ \;\;\;\;-1\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot 4\right)\\ \end{array} \end{array} \]
              (FPCore (a b) :precision binary64 (if (<= b 0.112) -1.0 (* b (* b 4.0))))
              double code(double a, double b) {
              	double tmp;
              	if (b <= 0.112) {
              		tmp = -1.0;
              	} else {
              		tmp = b * (b * 4.0);
              	}
              	return tmp;
              }
              
              real(8) function code(a, b)
                  real(8), intent (in) :: a
                  real(8), intent (in) :: b
                  real(8) :: tmp
                  if (b <= 0.112d0) then
                      tmp = -1.0d0
                  else
                      tmp = b * (b * 4.0d0)
                  end if
                  code = tmp
              end function
              
              public static double code(double a, double b) {
              	double tmp;
              	if (b <= 0.112) {
              		tmp = -1.0;
              	} else {
              		tmp = b * (b * 4.0);
              	}
              	return tmp;
              }
              
              def code(a, b):
              	tmp = 0
              	if b <= 0.112:
              		tmp = -1.0
              	else:
              		tmp = b * (b * 4.0)
              	return tmp
              
              function code(a, b)
              	tmp = 0.0
              	if (b <= 0.112)
              		tmp = -1.0;
              	else
              		tmp = Float64(b * Float64(b * 4.0));
              	end
              	return tmp
              end
              
              function tmp_2 = code(a, b)
              	tmp = 0.0;
              	if (b <= 0.112)
              		tmp = -1.0;
              	else
              		tmp = b * (b * 4.0);
              	end
              	tmp_2 = tmp;
              end
              
              code[a_, b_] := If[LessEqual[b, 0.112], -1.0, N[(b * N[(b * 4.0), $MachinePrecision]), $MachinePrecision]]
              
              \begin{array}{l}
              
              \\
              \begin{array}{l}
              \mathbf{if}\;b \leq 0.112:\\
              \;\;\;\;-1\\
              
              \mathbf{else}:\\
              \;\;\;\;b \cdot \left(b \cdot 4\right)\\
              
              
              \end{array}
              \end{array}
              
              Derivation
              1. Split input into 2 regimes
              2. if b < 0.112000000000000002

                1. Initial program 99.8%

                  \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
                2. Step-by-step derivation
                  1. associate--l+N/A

                    \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
                  2. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
                  3. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  4. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  5. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  6. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  7. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  8. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  9. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  10. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
                  11. sub-negN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                  12. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                  13. *-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                  14. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                  15. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
                  16. metadata-eval99.8%

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
                3. Simplified99.8%

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
                4. Add Preprocessing
                5. Taylor expanded in a around 0

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) - 1} \]
                6. Step-by-step derivation
                  1. sub-negN/A

                    \[\leadsto \left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)} \]
                  2. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right) \]
                  3. +-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{4} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                  4. metadata-evalN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{\left(2 \cdot 2\right)} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  5. pow-sqrN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{2} \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  6. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  7. associate-*l*N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2}\right) + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  8. *-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  9. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  10. associate-*r*N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + \left(4 \cdot b\right) \cdot b\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  11. distribute-rgt-outN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                  12. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                  13. *-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + b \cdot 4\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  14. distribute-lft-outN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left({b}^{2} + 4\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  15. +-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  16. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  17. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left({b}^{2}\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  18. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  19. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  20. metadata-eval64.2%

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
                7. Simplified64.2%

                  \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(4 + b \cdot b\right)\right) + -1} \]
                8. Taylor expanded in b around 0

                  \[\leadsto \color{blue}{-1} \]
                9. Step-by-step derivation
                  1. Simplified35.2%

                    \[\leadsto \color{blue}{-1} \]

                  if 0.112000000000000002 < b

                  1. Initial program 99.7%

                    \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
                  2. Step-by-step derivation
                    1. associate--l+N/A

                      \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
                    2. +-lowering-+.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
                    3. unpow2N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                    4. *-lowering-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                    5. +-lowering-+.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                    6. *-lowering-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                    7. *-lowering-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                    8. +-lowering-+.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                    9. *-lowering-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                    10. *-lowering-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
                    11. sub-negN/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                    12. +-lowering-+.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                    13. *-commutativeN/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                    14. *-lowering-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                    15. *-lowering-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
                    16. metadata-eval99.7%

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
                  3. Simplified99.7%

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
                  4. Add Preprocessing
                  5. Taylor expanded in a around 0

                    \[\leadsto \color{blue}{\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) - 1} \]
                  6. Step-by-step derivation
                    1. sub-negN/A

                      \[\leadsto \left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)} \]
                    2. +-lowering-+.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right) \]
                    3. +-commutativeN/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{4} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                    4. metadata-evalN/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{\left(2 \cdot 2\right)} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    5. pow-sqrN/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{2} \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    6. unpow2N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    7. associate-*l*N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2}\right) + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    8. *-commutativeN/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    9. unpow2N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    10. associate-*r*N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + \left(4 \cdot b\right) \cdot b\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    11. distribute-rgt-outN/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                    12. *-lowering-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                    13. *-commutativeN/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + b \cdot 4\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    14. distribute-lft-outN/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left({b}^{2} + 4\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    15. +-commutativeN/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    16. *-lowering-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    17. +-lowering-+.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left({b}^{2}\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    18. unpow2N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    19. *-lowering-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                    20. metadata-eval88.4%

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
                  7. Simplified88.4%

                    \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(4 + b \cdot b\right)\right) + -1} \]
                  8. Taylor expanded in b around 0

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{\left(4 \cdot b\right)}\right), -1\right) \]
                  9. Step-by-step derivation
                    1. *-commutativeN/A

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot 4\right)\right), -1\right) \]
                    2. *-lowering-*.f6445.9%

                      \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, 4\right)\right), -1\right) \]
                  10. Simplified45.9%

                    \[\leadsto b \cdot \color{blue}{\left(b \cdot 4\right)} + -1 \]
                  11. Taylor expanded in b around inf

                    \[\leadsto \color{blue}{4 \cdot {b}^{2}} \]
                  12. Step-by-step derivation
                    1. unpow2N/A

                      \[\leadsto 4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) \]
                    2. associate-*r*N/A

                      \[\leadsto \left(4 \cdot b\right) \cdot \color{blue}{b} \]
                    3. *-commutativeN/A

                      \[\leadsto b \cdot \color{blue}{\left(4 \cdot b\right)} \]
                    4. *-lowering-*.f64N/A

                      \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{\left(4 \cdot b\right)}\right) \]
                    5. *-commutativeN/A

                      \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \color{blue}{4}\right)\right) \]
                    6. *-lowering-*.f6445.9%

                      \[\leadsto \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \color{blue}{4}\right)\right) \]
                  13. Simplified45.9%

                    \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot 4\right)} \]
                10. Recombined 2 regimes into one program.
                11. Add Preprocessing

                Alternative 15: 25.3% accurate, 116.0× speedup?

                \[\begin{array}{l} \\ -1 \end{array} \]
                (FPCore (a b) :precision binary64 -1.0)
                double code(double a, double b) {
                	return -1.0;
                }
                
                real(8) function code(a, b)
                    real(8), intent (in) :: a
                    real(8), intent (in) :: b
                    code = -1.0d0
                end function
                
                public static double code(double a, double b) {
                	return -1.0;
                }
                
                def code(a, b):
                	return -1.0
                
                function code(a, b)
                	return -1.0
                end
                
                function tmp = code(a, b)
                	tmp = -1.0;
                end
                
                code[a_, b_] := -1.0
                
                \begin{array}{l}
                
                \\
                -1
                \end{array}
                
                Derivation
                1. Initial program 99.8%

                  \[\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right) - 1 \]
                2. Step-by-step derivation
                  1. associate--l+N/A

                    \[\leadsto {\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2} + \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)} \]
                  2. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({\left(a \cdot a + b \cdot b\right)}^{2}\right), \color{blue}{\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)}\right) \]
                  3. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  4. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(a \cdot a + b \cdot b\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4 \cdot \left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  5. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(\color{blue}{4} \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  6. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  7. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \left(a \cdot a + b \cdot b\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  8. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(a \cdot a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \color{blue}{\left(b \cdot b\right)} - 1\right)\right) \]
                  9. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \left(b \cdot b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(\color{blue}{b} \cdot b\right) - 1\right)\right) \]
                  10. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot \color{blue}{b}\right) - 1\right)\right) \]
                  11. sub-negN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \left(4 \cdot \left(b \cdot b\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                  12. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right)\right) \]
                  13. *-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                  14. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\left(b \cdot b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right)\right) \]
                  15. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right)\right) \]
                  16. metadata-eval99.8%

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(a, a\right), \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right), \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, b\right), 4\right), -1\right)\right) \]
                3. Simplified99.8%

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(a \cdot a + b \cdot b\right) \cdot \left(a \cdot a + b \cdot b\right) + \left(\left(b \cdot b\right) \cdot 4 + -1\right)} \]
                4. Add Preprocessing
                5. Taylor expanded in a around 0

                  \[\leadsto \color{blue}{\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) - 1} \]
                6. Step-by-step derivation
                  1. sub-negN/A

                    \[\leadsto \left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right) + \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)} \]
                  2. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(4 \cdot {b}^{2} + {b}^{4}\right), \color{blue}{\left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)}\right) \]
                  3. +-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{4} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                  4. metadata-evalN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{\left(2 \cdot 2\right)} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  5. pow-sqrN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left({b}^{2} \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  6. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot b\right) \cdot {b}^{2} + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  7. associate-*l*N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2}\right) + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  8. *-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot {b}^{2}\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  9. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + 4 \cdot \left(b \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  10. associate-*r*N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(\left(b \cdot {b}^{2}\right) \cdot b + \left(4 \cdot b\right) \cdot b\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  11. distribute-rgt-outN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\left(b \cdot \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                  12. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + 4 \cdot b\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(\color{blue}{1}\right)\right)\right) \]
                  13. *-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot {b}^{2} + b \cdot 4\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  14. distribute-lft-outN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left({b}^{2} + 4\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  15. +-commutativeN/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \left(b \cdot \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  16. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \left(4 + {b}^{2}\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  17. +-lowering-+.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left({b}^{2}\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  18. unpow2N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \left(b \cdot b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  19. *-lowering-*.f64N/A

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), \left(\mathsf{neg}\left(1\right)\right)\right) \]
                  20. metadata-eval70.5%

                    \[\leadsto \mathsf{+.f64}\left(\mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{*.f64}\left(b, \mathsf{+.f64}\left(4, \mathsf{*.f64}\left(b, b\right)\right)\right)\right), -1\right) \]
                7. Simplified70.5%

                  \[\leadsto \color{blue}{b \cdot \left(b \cdot \left(4 + b \cdot b\right)\right) + -1} \]
                8. Taylor expanded in b around 0

                  \[\leadsto \color{blue}{-1} \]
                9. Step-by-step derivation
                  1. Simplified26.3%

                    \[\leadsto \color{blue}{-1} \]
                  2. Add Preprocessing

                  Reproduce

                  ?
                  herbie shell --seed 2024163 
                  (FPCore (a b)
                    :name "Bouland and Aaronson, Equation (26)"
                    :precision binary64
                    (- (+ (pow (+ (* a a) (* b b)) 2.0) (* 4.0 (* b b))) 1.0))