UniformSampleCone 2

Percentage Accurate: 99.0% → 98.9%

Time: 21.1s

Alternatives: 13

Speedup: 1.0×

Specification

\[\left(\left(\left(\left(\left(-10000 \leq xi \land xi \leq 10000\right) \land \left(-10000 \leq yi \land yi \leq 10000\right)\right) \land \left(-10000 \leq zi \land zi \leq 10000\right)\right) \land \left(2.328306437 \cdot 10^{-10} \leq ux \land ux \leq 1\right)\right) \land \left(2.328306437 \cdot 10^{-10} \leq uy \land uy \leq 1\right)\right) \land \left(0 \leq maxCos \land maxCos \leq 1\right)\]

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\\ t_1 := \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\\ t_2 := \left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\\ \left(\left(\cos t\_2 \cdot t\_1\right) \cdot xi + \left(\sin t\_2 \cdot t\_1\right) \cdot yi\right) + t\_0 \cdot zi \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux))
        (t_1 (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0))))
        (t_2 (* (* uy 2.0) (PI))))
   (+ (+ (* (* (cos t_2) t_1) xi) (* (* (sin t_2) t_1) yi)) (* t_0 zi))))

Initial Program: 99.0% accurate, 1.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\\ t_1 := \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\\ t_2 := \left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\\ \left(\left(\cos t\_2 \cdot t\_1\right) \cdot xi + \left(\sin t\_2 \cdot t\_1\right) \cdot yi\right) + t\_0 \cdot zi \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux))
        (t_1 (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0))))
        (t_2 (* (* uy 2.0) (PI))))
   (+ (+ (* (* (cos t_2) t_1) xi) (* (* (sin t_2) t_1) yi)) (* t_0 zi))))

Alternative 1: 98.9% accurate, 0.8× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\\ t_1 := \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\\ t_2 := \mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\\ \left(yi \cdot \left(\left(\left(\cos t\_2 \cdot \sin t\_2\right) \cdot 2\right) \cdot t\_1\right) + xi \cdot \left(t\_1 \cdot \cos \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right)\right)\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* maxCos (- 1.0 ux)) ux))
        (t_1 (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0))))
        (t_2 (* (PI) uy)))
   (-
    (+
     (* yi (* (* (* (cos t_2) (sin t_2)) 2.0) t_1))
     (* xi (* t_1 (cos (* (PI) (* 2.0 uy))))))
    (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi))))

Derivation

1. Initial program 98.7%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing
3. Step-by-step derivation

   1. lift-sin.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. lift-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \color{blue}{\left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. lift-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\color{blue}{\left(uy \cdot 2\right)} \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\color{blue}{\left(2 \cdot uy\right)} \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. associate-*l* N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \color{blue}{\left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   6. sin-2 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(2 \cdot \left(\sin \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \cos \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   7. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(2 \cdot \left(\sin \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \cos \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   8. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(2 \cdot \color{blue}{\left(\sin \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \cos \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)}\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   9. lower-sin.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(2 \cdot \left(\color{blue}{\sin \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)} \cdot \cos \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   10. lower-*.f32 N/A

       \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(2 \cdot \left(\sin \color{blue}{\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)} \cdot \cos \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   11. lower-cos.f32 N/A

       \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(2 \cdot \left(\sin \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \color{blue}{\cos \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)}\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   12. lower-*.f32 98.7

       \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(2 \cdot \left(\sin \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \cos \color{blue}{\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)}\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

4. Applied rewrites 98.7%

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(2 \cdot \left(\sin \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \cos \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

5. Final simplification 98.7%

   \[\leadsto \left(yi \cdot \left(\left(\left(\cos \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot \sin \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)}\right) + xi \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)} \cdot \cos \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right)\right)\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
6. Add Preprocessing

Alternative 2: 99.0% accurate, 1.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\\ t_1 := \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\\ t_2 := \mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\\ \left(\left(\sin t\_2 \cdot t\_1\right) \cdot yi + xi \cdot \left(t\_1 \cdot \cos t\_2\right)\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* maxCos (- 1.0 ux)) ux))
        (t_1 (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0))))
        (t_2 (* (PI) (* 2.0 uy))))
   (-
    (+ (* (* (sin t_2) t_1) yi) (* xi (* t_1 (cos t_2))))
    (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi))))

Derivation

1. Initial program 98.7%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing

3. Final simplification 98.7%

   \[\leadsto \left(\left(\sin \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + xi \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)} \cdot \cos \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right)\right)\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
4. Add Preprocessing

Alternative 3: 99.0% accurate, 1.0× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\\ t_1 := \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\\ t_2 := \mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\\ \left(\left(\sin t\_2 \cdot t\_1\right) \cdot yi + xi \cdot \left(t\_1 \cdot \cos t\_2\right)\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot zi \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* maxCos (- 1.0 ux)) ux))
        (t_1 (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0))))
        (t_2 (* (PI) (* 2.0 uy))))
   (-
    (+ (* (* (sin t_2) t_1) yi) (* xi (* t_1 (cos t_2))))
    (* (* (* (- ux 1.0) ux) maxCos) zi))))

Derivation

1. Initial program 98.7%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing
3. Step-by-step derivation

   1. lift-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot zi \]

   2. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(ux \cdot \left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right)\right)} \cdot zi \]

   3. lift-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(ux \cdot \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right)}\right) \cdot zi \]

   4. associate-*r* N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)} \cdot zi \]

   5. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)} \cdot zi \]

   6. lower-*.f32 98.7

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\color{blue}{\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right)} \cdot maxCos\right) \cdot zi \]

4. Applied rewrites 98.7%

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(\left(ux \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot maxCos\right)} \cdot zi \]

5. Final simplification 98.7%

   \[\leadsto \left(\left(\sin \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + xi \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)} \cdot \cos \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right)\right)\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot zi \]
6. Add Preprocessing

Alternative 4: 98.8% accurate, 1.2× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\\ \left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right) \cdot \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* maxCos (- 1.0 ux)) ux)))
   (-
    (+
     (* (cos (* (* (PI) uy) 2.0)) xi)
     (* (* (sin (* (PI) (* 2.0 uy))) (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0)))) yi))
    (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi))))

Derivation

1. Initial program 98.7%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in maxCos around 0

   \[\leadsto \left(\color{blue}{xi \cdot \cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
4. Step-by-step derivation

   1. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right) \cdot xi} + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right) \cdot xi} + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. lower-cos.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\cos \color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\cos \color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   6. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\cos \left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   7. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\cos \left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   8. lower-PI.f32 98.6

      \[\leadsto \left(\cos \left(\left(\color{blue}{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

5. Applied rewrites 98.6%

   \[\leadsto \left(\color{blue}{\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot xi} + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

6. Final simplification 98.6%

   \[\leadsto \left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
7. Add Preprocessing

Alternative 5: 90.0% accurate, 1.4× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\\ t_1 := \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\\ \left(\left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot t\_1\right) \cdot yi + xi \cdot \left(t\_1 \cdot \cos \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right)\right)\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* maxCos (- 1.0 ux)) ux)) (t_1 (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0)))))
   (-
    (+
     (* (* (* (* (PI) uy) 2.0) t_1) yi)
     (* xi (* t_1 (cos (* (PI) (* 2.0 uy))))))
    (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi))))

Derivation

1. Initial program 98.7%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in uy around 0

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
4. Step-by-step derivation

   1. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. lower-PI.f32 89.2

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\left(\color{blue}{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

5. Applied rewrites 89.2%

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

6. Final simplification 89.2%

   \[\leadsto \left(\left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi + xi \cdot \left(\sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)} \cdot \cos \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right)\right)\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
7. Add Preprocessing

Alternative 6: 89.9% accurate, 1.7× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\\ t_1 := \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\\ \left(\cos t\_1 \cdot xi + \left(t\_1 \cdot \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* maxCos (- 1.0 ux)) ux)) (t_1 (* (* (PI) uy) 2.0)))
   (-
    (+ (* (cos t_1) xi) (* (* t_1 (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0)))) yi))
    (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi))))

Derivation

1. Initial program 98.7%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in uy around 0

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
4. Step-by-step derivation

   1. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. lower-PI.f32 89.2

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\left(\color{blue}{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

5. Applied rewrites 89.2%

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

6. Taylor expanded in maxCos around 0

   \[\leadsto \left(\color{blue}{\cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} \cdot xi + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
7. Step-by-step derivation

   1. lower-cos.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} \cdot xi + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\cos \color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot xi + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\cos \color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot xi + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\cos \left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot xi + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\cos \left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot xi + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   6. lower-PI.f32 89.1

      \[\leadsto \left(\cos \left(\left(\color{blue}{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot xi + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

8. Applied rewrites 89.1%

   \[\leadsto \left(\color{blue}{\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right)} \cdot xi + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

9. Final simplification 89.1%

   \[\leadsto \left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot xi + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
10. Add Preprocessing

Alternative 7: 75.5% accurate, 1.9× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi\\ t_1 := \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\\ t_2 := \left(uy \cdot uy\right) \cdot -2\\ t_3 := \left(\left(\mathsf{fma}\left(t\_2, t\_0, \left(\left(ux \cdot ux\right) \cdot \mathsf{fma}\left(t\_2, t\_0, xi\right)\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot maxCos\right) \cdot -0.5\right)\right) + xi\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - t\_1 \cdot t\_1}\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\\ \mathbf{if}\;yi \leq -3.499999959756669 \cdot 10^{-16}:\\ \;\;\;\;t\_3\\ \mathbf{elif}\;yi \leq 1.0999999914511224 \cdot 10^{-27}:\\ \;\;\;\;\sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \left(maxCos \cdot maxCos\right)} \cdot xi - \left(\left(ux - 1\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;t\_3\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* (PI) (PI)) xi))
        (t_1 (* (* maxCos (- 1.0 ux)) ux))
        (t_2 (* (* uy uy) -2.0))
        (t_3
         (-
          (+
           (+
            (fma
             t_2
             t_0
             (* (* (* ux ux) (fma t_2 t_0 xi)) (* (* maxCos maxCos) -0.5)))
            xi)
           (* (* (* (* (PI) uy) 2.0) (sqrt (- 1.0 (* t_1 t_1)))) yi))
          (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi))))
   (if (<= yi -3.499999959756669e-16)
     t_3
     (if (<= yi 1.0999999914511224e-27)
       (-
        (*
         (sqrt
          (- 1.0 (* (* (pow (- 1.0 ux) 2.0) (* ux ux)) (* maxCos maxCos))))
         xi)
        (* (* (- ux 1.0) (* maxCos ux)) zi))
       t_3))))

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if yi < -3.49999996e-16 or 1.09999999e-27 < yi

   1. Initial program 98.2%

      \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   2. Add Preprocessing

   3. Taylor expanded in uy around 0

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   4. Step-by-step derivation

      1. *-commutative N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      2. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      3. *-commutative N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      4. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      5. lower-PI.f32 82.5

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\left(\color{blue}{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. Applied rewrites 82.5%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   6. Taylor expanded in uy around 0

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\left(-2 \cdot \left(\left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right) \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}\right) + xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   7. Step-by-step derivation

      1. associate-*r* N/A

         \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{\left(-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right)\right) \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      2. distribute-rgt-out N/A

         \[\leadsto \left(\color{blue}{\sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)} \cdot \left(-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right) + xi\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      3. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto \left(\color{blue}{\sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)} \cdot \left(-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right) + xi\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   8. Applied rewrites 77.7%

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \left(maxCos \cdot maxCos\right)} \cdot \mathsf{fma}\left(-2, \left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot xi\right) \cdot \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right), xi\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   9. Taylor expanded in ux around 0

      \[\leadsto \left(\left(xi + \color{blue}{\left(-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right) + \frac{-1}{2} \cdot \left({maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot \left(xi + -2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right)\right)\right)\right)\right)}\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   10. Step-by-step derivation

   11. Applied rewrites 77.7%

       \[\leadsto \left(\left(\mathsf{fma}\left(-2 \cdot \left(uy \cdot uy\right), \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi, \left(-0.5 \cdot \left(maxCos \cdot maxCos\right)\right) \cdot \left(\mathsf{fma}\left(-2 \cdot \left(uy \cdot uy\right), \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi, xi\right) \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right)\right) + \color{blue}{xi}\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   if -3.49999996e-16 < yi < 1.09999999e-27

   1. Initial program 99.3%

      \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   2. Add Preprocessing
   3. Step-by-step derivation

      1. lift-*.f32 N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)} \cdot zi \]

      2. lift-*.f32 N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right)} \cdot ux\right) \cdot zi \]

      3. associate-*l* N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right)} \cdot zi \]

      4. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right)} \cdot zi \]

      5. lower-*.f32 99.3

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \color{blue}{\left(maxCos \cdot ux\right)}\right) \cdot zi \]

   4. Applied rewrites 99.3%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \color{blue}{\left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right)} \cdot zi \]

   5. Taylor expanded in uy around 0

      \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]
   6. Step-by-step derivation

      1. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      2. lower-sqrt.f32 N/A

         \[\leadsto xi \cdot \color{blue}{\sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      3. lower--.f32 N/A

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{\color{blue}{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      4. *-commutative N/A

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      5. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      6. *-commutative N/A

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot {ux}^{2}\right)} \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      7. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot {ux}^{2}\right)} \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      8. lower-pow.f32 N/A

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\color{blue}{{\left(1 - ux\right)}^{2}} \cdot {ux}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      9. lower--.f32 N/A

         \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left({\color{blue}{\left(1 - ux\right)}}^{2} \cdot {ux}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      10. unpow2 N/A

          \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \color{blue}{\left(ux \cdot ux\right)}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      11. lower-*.f32 N/A

          \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \color{blue}{\left(ux \cdot ux\right)}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      12. unpow2 N/A

          \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \color{blue}{\left(maxCos \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

      13. lower-*.f32 74.3

          \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \color{blue}{\left(maxCos \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]

   7. Applied rewrites 74.3%

      \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \left(maxCos \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(1 - ux\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi \]
3. Recombined 2 regimes into one program.

4. Final simplification 76.1%

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;yi \leq -3.499999959756669 \cdot 10^{-16}:\\ \;\;\;\;\left(\left(\mathsf{fma}\left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot -2, \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi, \left(\left(ux \cdot ux\right) \cdot \mathsf{fma}\left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot -2, \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi, xi\right)\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot maxCos\right) \cdot -0.5\right)\right) + xi\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\\ \mathbf{elif}\;yi \leq 1.0999999914511224 \cdot 10^{-27}:\\ \;\;\;\;\sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \left(maxCos \cdot maxCos\right)} \cdot xi - \left(\left(ux - 1\right) \cdot \left(maxCos \cdot ux\right)\right) \cdot zi\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\left(\mathsf{fma}\left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot -2, \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi, \left(\left(ux \cdot ux\right) \cdot \mathsf{fma}\left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot -2, \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi, xi\right)\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot maxCos\right) \cdot -0.5\right)\right) + xi\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\\ \end{array} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 8: 22.6% accurate, 2.1× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\\ \mathbf{if}\;yi \leq -2.0000000233721948 \cdot 10^{-7}:\\ \;\;\;\;\left(\mathsf{fma}\left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot -2, \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi, xi\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\mathsf{fma}\left(xi, \sqrt{\mathsf{fma}\left(\left(-maxCos\right) \cdot maxCos, {\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right), 1\right)}, \left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot maxCos\right)\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* maxCos (- 1.0 ux)) ux)))
   (if (<= yi -2.0000000233721948e-7)
     (-
      (+
       (fma (* (* uy uy) -2.0) (* (* (PI) (PI)) xi) xi)
       (* (* (* (* (PI) uy) 2.0) (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0)))) yi))
      (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi))
     (fma
      xi
      (sqrt (fma (* (- maxCos) maxCos) (* (pow (- 1.0 ux) 2.0) (* ux ux)) 1.0))
      (* (* (* zi (- 1.0 ux)) ux) maxCos)))))

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if yi < -2.00000002e-7

   1. Initial program 97.5%

      \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   2. Add Preprocessing

   3. Taylor expanded in uy around 0

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   4. Step-by-step derivation

      1. *-commutative N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      2. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      3. *-commutative N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      4. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      5. lower-PI.f32 74.9

         \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\left(\color{blue}{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. Applied rewrites 74.9%

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   6. Taylor expanded in uy around 0

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\left(-2 \cdot \left(\left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right) \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}\right) + xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   7. Step-by-step derivation

      1. associate-*r* N/A

         \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{\left(-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right)\right) \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      2. distribute-rgt-out N/A

         \[\leadsto \left(\color{blue}{\sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)} \cdot \left(-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right) + xi\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

      3. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto \left(\color{blue}{\sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)} \cdot \left(-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right) + xi\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   8. Applied rewrites 71.7%

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \left(maxCos \cdot maxCos\right)} \cdot \mathsf{fma}\left(-2, \left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot xi\right) \cdot \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right), xi\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   9. Taylor expanded in maxCos around 0

      \[\leadsto \left(\left(xi + \color{blue}{-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right)}\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   10. Step-by-step derivation

   11. Applied rewrites 71.7%

       \[\leadsto \left(\mathsf{fma}\left(-2 \cdot \left(uy \cdot uy\right), \color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi}, xi\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   if -2.00000002e-7 < yi

   1. Initial program 98.9%

      \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
   2. Add Preprocessing

   3. Taylor expanded in uy around 0

      \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) + xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} \]
   4. Step-by-step derivation

      1. +-commutative N/A

         \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)} + maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \]

      2. lower-fma.f32 N/A

         \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(xi, \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}, maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)\right)} \]

   5. Applied rewrites 31.2%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(xi, \sqrt{\mathsf{fma}\left(\left(-maxCos\right) \cdot maxCos, {\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right), 1\right)}, \left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot maxCos\right)} \]
3. Recombined 2 regimes into one program.

4. Final simplification 34.0%

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;yi \leq -2.0000000233721948 \cdot 10^{-7}:\\ \;\;\;\;\left(\mathsf{fma}\left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot -2, \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi, xi\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\mathsf{fma}\left(xi, \sqrt{\mathsf{fma}\left(\left(-maxCos\right) \cdot maxCos, {\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right), 1\right)}, \left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot maxCos\right)\\ \end{array} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 9: 52.1% accurate, 2.2× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \left(maxCos \cdot maxCos\right)} \cdot xi - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (-
  (*
   (sqrt (- 1.0 (* (* (pow (- 1.0 ux) 2.0) (* ux ux)) (* maxCos maxCos))))
   xi)
  (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi)))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return (sqrtf((1.0f - ((powf((1.0f - ux), 2.0f) * (ux * ux)) * (maxCos * maxCos)))) * xi) - ((((ux - 1.0f) * maxCos) * ux) * zi);
}

Fortran

real(4) function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxcos)
    real(4), intent (in) :: xi
    real(4), intent (in) :: yi
    real(4), intent (in) :: zi
    real(4), intent (in) :: ux
    real(4), intent (in) :: uy
    real(4), intent (in) :: maxcos
    code = (sqrt((1.0e0 - ((((1.0e0 - ux) ** 2.0e0) * (ux * ux)) * (maxcos * maxcos)))) * xi) - ((((ux - 1.0e0) * maxcos) * ux) * zi)
end function

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(Float32(sqrt(Float32(Float32(1.0) - Float32(Float32((Float32(Float32(1.0) - ux) ^ Float32(2.0)) * Float32(ux * ux)) * Float32(maxCos * maxCos)))) * xi) - Float32(Float32(Float32(Float32(ux - Float32(1.0)) * maxCos) * ux) * zi))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = (sqrt((single(1.0) - ((((single(1.0) - ux) ^ single(2.0)) * (ux * ux)) * (maxCos * maxCos)))) * xi) - ((((ux - single(1.0)) * maxCos) * ux) * zi);
end

Derivation

1. Initial program 98.7%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in uy around 0

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
4. Step-by-step derivation

   1. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. lower-PI.f32 89.2

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\left(\color{blue}{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

5. Applied rewrites 89.2%

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

6. Taylor expanded in uy around 0

   \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
7. Step-by-step derivation

   1. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. lower-sqrt.f32 N/A

      \[\leadsto xi \cdot \color{blue}{\sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. lower--.f32 N/A

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{\color{blue}{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. *-commutative N/A

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   6. *-commutative N/A

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot {ux}^{2}\right)} \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   7. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \color{blue}{\left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot {ux}^{2}\right)} \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   8. lower-pow.f32 N/A

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left(\color{blue}{{\left(1 - ux\right)}^{2}} \cdot {ux}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   9. lower--.f32 N/A

      \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left({\color{blue}{\left(1 - ux\right)}}^{2} \cdot {ux}^{2}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   10. unpow2 N/A

       \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \color{blue}{\left(ux \cdot ux\right)}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   11. lower-*.f32 N/A

       \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \color{blue}{\left(ux \cdot ux\right)}\right) \cdot {maxCos}^{2}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   12. unpow2 N/A

       \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \color{blue}{\left(maxCos \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   13. lower-*.f32 53.2

       \[\leadsto xi \cdot \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \color{blue}{\left(maxCos \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

8. Applied rewrites 53.2%

   \[\leadsto \color{blue}{xi \cdot \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \left(maxCos \cdot maxCos\right)}} + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

9. Final simplification 53.2%

   \[\leadsto \sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \left(maxCos \cdot maxCos\right)} \cdot xi - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
10. Add Preprocessing

Alternative 10: 75.7% accurate, 3.1× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\\ \left(\mathsf{fma}\left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot -2, \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi, xi\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* maxCos (- 1.0 ux)) ux)))
   (-
    (+
     (fma (* (* uy uy) -2.0) (* (* (PI) (PI)) xi) xi)
     (* (* (* (* (PI) uy) 2.0) (sqrt (- 1.0 (* t_0 t_0)))) yi))
    (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi))))

Derivation

1. Initial program 98.7%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in uy around 0

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
4. Step-by-step derivation

   1. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. *-commutative N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. lower-PI.f32 89.2

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\left(\left(\color{blue}{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

5. Applied rewrites 89.2%

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\color{blue}{\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right)} \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

6. Taylor expanded in uy around 0

   \[\leadsto \left(\color{blue}{\left(-2 \cdot \left(\left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right) \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}\right) + xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
7. Step-by-step derivation

   1. associate-*r* N/A

      \[\leadsto \left(\left(\color{blue}{\left(-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right)\right) \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}} + xi \cdot \sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)}\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. distribute-rgt-out N/A

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)} \cdot \left(-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right) + xi\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\sqrt{1 - {maxCos}^{2} \cdot \left({ux}^{2} \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)} \cdot \left(-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right) + xi\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

8. Applied rewrites 80.3%

   \[\leadsto \left(\color{blue}{\sqrt{1 - \left({\left(1 - ux\right)}^{2} \cdot \left(ux \cdot ux\right)\right) \cdot \left(maxCos \cdot maxCos\right)} \cdot \mathsf{fma}\left(-2, \left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot xi\right) \cdot \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right), xi\right)} + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

9. Taylor expanded in maxCos around 0

   \[\leadsto \left(\left(xi + \color{blue}{-2 \cdot \left({uy}^{2} \cdot \left(xi \cdot {\mathsf{PI}\left(\right)}^{2}\right)\right)}\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
10. Step-by-step derivation

11. Applied rewrites 80.3%

    \[\leadsto \left(\mathsf{fma}\left(-2 \cdot \left(uy \cdot uy\right), \color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi}, xi\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

12. Final simplification 80.3%

    \[\leadsto \left(\mathsf{fma}\left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot -2, \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot xi, xi\right) + \left(\left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
13. Add Preprocessing

Alternative 11: 13.7% accurate, 18.6× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \left(\left(maxCos \cdot ux\right) \cdot zi\right) \cdot \left(1 - ux\right) \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (* (* (* maxCos ux) zi) (- 1.0 ux)))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return ((maxCos * ux) * zi) * (1.0f - ux);
}

Fortran

real(4) function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxcos)
    real(4), intent (in) :: xi
    real(4), intent (in) :: yi
    real(4), intent (in) :: zi
    real(4), intent (in) :: ux
    real(4), intent (in) :: uy
    real(4), intent (in) :: maxcos
    code = ((maxcos * ux) * zi) * (1.0e0 - ux)
end function

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(Float32(Float32(maxCos * ux) * zi) * Float32(Float32(1.0) - ux))
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = ((maxCos * ux) * zi) * (single(1.0) - ux);
end

Derivation

1. Initial program 98.7%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in zi around inf

   \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \]
4. Step-by-step derivation

   1. *-commutative N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot maxCos} \]

   2. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot maxCos} \]

   3. *-commutative N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos \]

   4. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos \]

   5. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)} \cdot ux\right) \cdot maxCos \]

   6. lower--.f32 14.2

      \[\leadsto \left(\left(zi \cdot \color{blue}{\left(1 - ux\right)}\right) \cdot ux\right) \cdot maxCos \]

5. Applied rewrites 14.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot maxCos} \]
6. Step-by-step derivation

7. Applied rewrites 14.2%

   \[\leadsto \left(1 - ux\right) \cdot \color{blue}{\left(\left(maxCos \cdot ux\right) \cdot zi\right)} \]

8. Final simplification 14.2%

   \[\leadsto \left(\left(maxCos \cdot ux\right) \cdot zi\right) \cdot \left(1 - ux\right) \]
9. Add Preprocessing

Alternative 12: 13.7% accurate, 18.6× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot zi\right) \cdot ux \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (* (* (* maxCos (- 1.0 ux)) zi) ux))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return ((maxCos * (1.0f - ux)) * zi) * ux;
}

Fortran

real(4) function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxcos)
    real(4), intent (in) :: xi
    real(4), intent (in) :: yi
    real(4), intent (in) :: zi
    real(4), intent (in) :: ux
    real(4), intent (in) :: uy
    real(4), intent (in) :: maxcos
    code = ((maxcos * (1.0e0 - ux)) * zi) * ux
end function

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(Float32(Float32(maxCos * Float32(Float32(1.0) - ux)) * zi) * ux)
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = ((maxCos * (single(1.0) - ux)) * zi) * ux;
end

Derivation

1. Initial program 98.7%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in zi around inf

   \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \]
4. Step-by-step derivation

   1. *-commutative N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot maxCos} \]

   2. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot maxCos} \]

   3. *-commutative N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos \]

   4. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos \]

   5. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)} \cdot ux\right) \cdot maxCos \]

   6. lower--.f32 14.2

      \[\leadsto \left(\left(zi \cdot \color{blue}{\left(1 - ux\right)}\right) \cdot ux\right) \cdot maxCos \]

5. Applied rewrites 14.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot maxCos} \]
6. Step-by-step derivation

7. Applied rewrites 14.2%

   \[\leadsto \left(zi \cdot \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot \color{blue}{ux} \]

8. Final simplification 14.2%

   \[\leadsto \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot zi\right) \cdot ux \]
9. Add Preprocessing

Alternative 13: 12.2% accurate, 32.1× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \left(zi \cdot ux\right) \cdot maxCos \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos) :precision binary32 (* (* zi ux) maxCos))

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return (zi * ux) * maxCos;
}

Fortran

real(4) function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxcos)
    real(4), intent (in) :: xi
    real(4), intent (in) :: yi
    real(4), intent (in) :: zi
    real(4), intent (in) :: ux
    real(4), intent (in) :: uy
    real(4), intent (in) :: maxcos
    code = (zi * ux) * maxcos
end function

Julia

function code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	return Float32(Float32(zi * ux) * maxCos)
end

MATLAB

function tmp = code(xi, yi, zi, ux, uy, maxCos)
	tmp = (zi * ux) * maxCos;
end

Derivation

1. Initial program 98.7%

   \[\left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]
2. Add Preprocessing

3. Taylor expanded in zi around inf

   \[\leadsto \color{blue}{maxCos \cdot \left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right)} \]
4. Step-by-step derivation

   1. *-commutative N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot maxCos} \]

   2. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(ux \cdot \left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)\right) \cdot maxCos} \]

   3. *-commutative N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos \]

   4. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)} \cdot maxCos \]

   5. lower-*.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\color{blue}{\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right)} \cdot ux\right) \cdot maxCos \]

   6. lower--.f32 14.2

      \[\leadsto \left(\left(zi \cdot \color{blue}{\left(1 - ux\right)}\right) \cdot ux\right) \cdot maxCos \]

5. Applied rewrites 14.2%

   \[\leadsto \color{blue}{\left(\left(zi \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot maxCos} \]

6. Taylor expanded in ux around 0

   \[\leadsto \left(ux \cdot zi\right) \cdot maxCos \]
7. Step-by-step derivation

8. Applied rewrites 12.9%

   \[\leadsto \left(zi \cdot ux\right) \cdot maxCos \]
9. Add Preprocessing

Reproduce

herbie shell --seed 2024268 
(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
  :name "UniformSampleCone 2"
  :precision binary32
  :pre (and (and (and (and (and (and (<= -10000.0 xi) (<= xi 10000.0)) (and (<= -10000.0 yi) (<= yi 10000.0))) (and (<= -10000.0 zi) (<= zi 10000.0))) (and (<= 2.328306437e-10 ux) (<= ux 1.0))) (and (<= 2.328306437e-10 uy) (<= uy 1.0))) (and (<= 0.0 maxCos) (<= maxCos 1.0)))
  (+ (+ (* (* (cos (* (* uy 2.0) (PI))) (sqrt (- 1.0 (* (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux) (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux))))) xi) (* (* (sin (* (* uy 2.0) (PI))) (sqrt (- 1.0 (* (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux) (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux))))) yi)) (* (* (* (- 1.0 ux) maxCos) ux) zi)))