UniformSampleCone 2

Percentage Accurate: 99.0% → 99.0%

Time: 15.7s

Alternatives: 13

Speedup: 0.8×

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: 99.0% accurate, 0.6× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\\ t_1 := \sqrt{1 - t\_0 \cdot t\_0}\\ \left(yi \cdot \left(\sin \left(\sqrt{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot \left(\sqrt{{\left(\sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}\right)}^{3}} \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right)\right) \cdot t\_1\right) + xi \cdot \left(t\_1 \cdot \cos \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot \left(2 \cdot uy\right)\right)\right)\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \end{array} \end{array} \]

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)))))
   (-
    (+
     (*
      yi
      (*
       (sin (* (sqrt (PI)) (* (sqrt (pow (cbrt (PI)) 3.0)) (* 2.0 uy))))
       t_1))
     (* xi (* t_1 (cos (* (PI) (* 2.0 uy))))))
    (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi))))

Derivation

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. Step-by-step derivation

   1. lift-*.f32 N/A

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

   2. lift-PI.f32 N/A

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

   3. add-sqr-sqrt N/A

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

   4. associate-*r* N/A

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

   5. lower-*.f32 N/A

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

   6. lower-*.f32 N/A

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

   7. lift-*.f32 N/A

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

   8. *-commutative N/A

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

   9. lower-*.f32 N/A

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

   10. lift-PI.f32 N/A

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

   11. lower-sqrt.f32 N/A

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

   12. lift-PI.f32 N/A

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

   13. lower-sqrt.f32 98.6

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

4. Applied rewrites 98.6%

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

   1. rem-3cbrt-lft N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(\left(2 \cdot uy\right) \cdot \sqrt{\color{blue}{\left(\sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot \sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}\right) \cdot \sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}}}\right) \cdot \sqrt{\mathsf{PI}\left(\right)}\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   2. lift-cbrt.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(\left(2 \cdot uy\right) \cdot \sqrt{\left(\color{blue}{\sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}} \cdot \sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}\right) \cdot \sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}}\right) \cdot \sqrt{\mathsf{PI}\left(\right)}\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   3. lift-cbrt.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(\left(2 \cdot uy\right) \cdot \sqrt{\left(\sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot \color{blue}{\sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}}\right) \cdot \sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}}\right) \cdot \sqrt{\mathsf{PI}\left(\right)}\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   4. lift-cbrt.f32 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(\left(2 \cdot uy\right) \cdot \sqrt{\left(\sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot \sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}\right) \cdot \color{blue}{\sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}}}\right) \cdot \sqrt{\mathsf{PI}\left(\right)}\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   5. pow3 N/A

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(\left(2 \cdot uy\right) \cdot \sqrt{\color{blue}{{\left(\sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}\right)}^{3}}}\right) \cdot \sqrt{\mathsf{PI}\left(\right)}\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

   6. lower-pow.f32 99.0

      \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(\left(2 \cdot uy\right) \cdot \sqrt{\color{blue}{{\left(\sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}\right)}^{3}}}\right) \cdot \sqrt{\mathsf{PI}\left(\right)}\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

6. Applied rewrites 99.0%

   \[\leadsto \left(\left(\cos \left(\left(uy \cdot 2\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \left(\sin \left(\left(\left(2 \cdot uy\right) \cdot \sqrt{\color{blue}{{\left(\sqrt[3]{\mathsf{PI}\left(\right)}\right)}^{3}}}\right) \cdot \sqrt{\mathsf{PI}\left(\right)}\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot yi\right) + \left(\left(\left(1 - ux\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi \]

7. Final simplification 99.0%

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

Alternative 2: 99.0% accurate, 0.8× speedup

Math

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

FPCore

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

Derivation

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. Step-by-step derivation

   1. lift-*.f32 N/A

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

   2. *-commutative N/A

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

   3. lift-*.f32 N/A

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

   4. associate-*r* N/A

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

   5. lower-*.f32 N/A

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

   6. lower-*.f32 98.9

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

   7. lift-*.f32 N/A

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

   8. *-commutative N/A

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

   9. lower-*.f32 98.9

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

   10. lift-*.f32 N/A

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

   11. *-commutative N/A

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

   12. lower-*.f32 98.9

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

4. Applied rewrites 98.9%

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

5. Final simplification 98.9%

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

Alternative 3: 98.8% accurate, 1.0× speedup

Math

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

FPCore

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

Derivation

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 ux around 0

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

   1. *-commutative N/A

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

   2. unpow2 N/A

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

   3. unpow2 N/A

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

   4. unswap-sqr N/A

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

   5. lower-*.f32 N/A

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

   6. lower-*.f32 N/A

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

   7. lower-*.f32 98.9

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

5. Applied rewrites 98.9%

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

6. Final simplification 98.9%

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

Alternative 4: 98.8% accurate, 1.2× speedup

Math

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

FPCore

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

Derivation

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 ux around 0

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

   1. *-commutative N/A

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

   2. lower-*.f32 N/A

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

   3. lower-sin.f32 N/A

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

   4. *-commutative N/A

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

   5. lower-*.f32 N/A

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

   6. *-commutative N/A

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

   7. lower-*.f32 N/A

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

   8. lower-PI.f32 98.9

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

5. Applied rewrites 98.9%

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

6. Final simplification 98.9%

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

Alternative 5: 98.7% accurate, 1.4× speedup

Math

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

FPCore

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

Derivation

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 ux around 0

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

   1. *-commutative N/A

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

   2. lower-*.f32 N/A

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

   3. lower-sin.f32 N/A

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

   4. *-commutative N/A

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

   5. lower-*.f32 N/A

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

   6. *-commutative N/A

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

   7. lower-*.f32 N/A

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

   8. lower-PI.f32 98.9

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

5. Applied rewrites 98.9%

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

6. Taylor expanded in ux around 0

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

   1. *-commutative N/A

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

   2. lower-*.f32 N/A

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

   3. lower-cos.f32 N/A

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

   4. *-commutative N/A

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

   5. lower-*.f32 N/A

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

   6. *-commutative N/A

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

   7. lower-*.f32 N/A

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

   8. lower-PI.f32 98.8

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

8. Applied rewrites 98.8%

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

9. Final simplification 98.8%

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

Alternative 6: 59.3% accurate, 1.4× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\\ t_1 := \mathsf{fma}\left(\cos t\_0, xi, \sin t\_0 \cdot yi\right)\\ \mathbf{if}\;yi \leq -3.99999992980668 \cdot 10^{-14}:\\ \;\;\;\;t\_1\\ \mathbf{elif}\;yi \leq 1.99999996490334 \cdot 10^{-14}:\\ \;\;\;\;\sqrt{1 - \left(maxCos \cdot maxCos\right) \cdot \left(\left(ux \cdot ux\right) \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)} \cdot xi - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;t\_1\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* (PI) uy) 2.0)) (t_1 (fma (cos t_0) xi (* (sin t_0) yi))))
   (if (<= yi -3.99999992980668e-14)
     t_1
     (if (<= yi 1.99999996490334e-14)
       (-
        (*
         (sqrt
          (- 1.0 (* (* maxCos maxCos) (* (* ux ux) (pow (- 1.0 ux) 2.0)))))
         xi)
        (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi))
       t_1))))

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if yi < -3.99999993e-14 or 1.99999996e-14 < yi

   1. Initial program 98.6%

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

   3. Taylor expanded in ux around 0

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

      1. *-commutative N/A

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

      2. unpow2 N/A

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

      3. unpow2 N/A

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

      4. unswap-sqr N/A

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

      5. lower-*.f32 N/A

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

      6. lower-*.f32 N/A

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

      7. lower-*.f32 98.6

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

   5. Applied rewrites 98.6%

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

   6. Taylor expanded in ux around 0

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

      1. *-commutative N/A

         \[\leadsto \color{blue}{\cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right) \cdot xi} + yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right) \]

      2. lower-fma.f32 N/A

         \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right), xi, yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right)} \]

      3. lower-cos.f32 N/A

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\color{blue}{\cos \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)}, xi, yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right) \]

      4. *-commutative N/A

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)}, xi, yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right) \]

      5. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)}, xi, yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right) \]

      6. *-commutative N/A

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right), xi, yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right) \]

      7. lower-*.f32 N/A

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right), xi, yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right) \]

      8. lower-PI.f32 N/A

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\color{blue}{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, yi \cdot \sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)\right) \]

      9. *-commutative N/A

         \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, \color{blue}{\sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right) \cdot yi}\right) \]

      10. lower-*.f32 N/A

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, \color{blue}{\sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right) \cdot yi}\right) \]

      11. lower-sin.f32 N/A

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, \color{blue}{\sin \left(2 \cdot \left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right)\right)} \cdot yi\right) \]

      12. *-commutative N/A

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, \sin \color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot yi\right) \]

      13. lower-*.f32 N/A

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, \sin \color{blue}{\left(\left(uy \cdot \mathsf{PI}\left(\right)\right) \cdot 2\right)} \cdot yi\right) \]

      14. *-commutative N/A

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, \sin \left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot yi\right) \]

      15. lower-*.f32 N/A

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, \sin \left(\color{blue}{\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right)} \cdot 2\right) \cdot yi\right) \]

      16. lower-PI.f32 51.7

          \[\leadsto \mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, \sin \left(\left(\color{blue}{\mathsf{PI}\left(\right)} \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot yi\right) \]

   8. Applied rewrites 51.7%

      \[\leadsto \color{blue}{\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, \sin \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot yi\right)} \]

   if -3.99999993e-14 < yi < 1.99999996e-14

   1. Initial program 99.1%

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

   3. Taylor expanded in uy around 0

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

      1. *-commutative N/A

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

      2. lower-*.f32 N/A

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

      3. lower-sqrt.f32 N/A

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

      4. lower--.f32 N/A

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

      5. *-commutative N/A

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

      6. lower-*.f32 N/A

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

      7. *-commutative N/A

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

      8. lower-*.f32 N/A

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

      9. lower-pow.f32 N/A

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

      10. lower--.f32 N/A

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

      11. unpow2 N/A

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

      12. lower-*.f32 N/A

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

      13. unpow2 N/A

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

      14. lower-*.f32 60.7

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

   5. Applied rewrites 60.7%

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

4. Final simplification 56.9%

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;yi \leq -3.99999992980668 \cdot 10^{-14}:\\ \;\;\;\;\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, \sin \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot yi\right)\\ \mathbf{elif}\;yi \leq 1.99999996490334 \cdot 10^{-14}:\\ \;\;\;\;\sqrt{1 - \left(maxCos \cdot maxCos\right) \cdot \left(\left(ux \cdot ux\right) \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)} \cdot xi - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\mathsf{fma}\left(\cos \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right), xi, \sin \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot yi\right)\\ \end{array} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 7: 90.6% accurate, 1.5× speedup

Math

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

FPCore

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

Derivation

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 ux around 0

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

   1. *-commutative N/A

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

   2. unpow2 N/A

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

   3. unpow2 N/A

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

   4. unswap-sqr N/A

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

   5. lower-*.f32 N/A

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

   6. lower-*.f32 N/A

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

   7. lower-*.f32 98.9

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

5. Applied rewrites 98.9%

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

6. Taylor expanded in uy around 0

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

   1. *-commutative N/A

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

   2. lower-*.f32 N/A

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

   3. *-commutative N/A

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

   4. lower-*.f32 N/A

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

   5. lower-PI.f32 90.2

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

8. Applied rewrites 90.2%

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

9. Final simplification 90.2%

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

Alternative 8: 61.7% accurate, 1.6× speedup

Math

\[\begin{array}{l} \\ \begin{array}{l} t_0 := \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\\ t_1 := \left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\\ \mathbf{if}\;2 \cdot uy \leq 0.004000000189989805:\\ \;\;\;\;\sqrt{1 - \left(maxCos \cdot maxCos\right) \cdot \left(\left(ux \cdot ux\right) \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)} \cdot xi - t\_0\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\left(\mathsf{fma}\left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot -2, \mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right), 1\right) \cdot \sqrt{1 - t\_1 \cdot t\_1}\right) \cdot xi + \sin \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot yi\right) - t\_0\\ \end{array} \end{array} \]

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (let* ((t_0 (* (* (* (- ux 1.0) maxCos) ux) zi))
        (t_1 (* (* maxCos (- 1.0 ux)) ux)))
   (if (<= (* 2.0 uy) 0.004000000189989805)
     (-
      (*
       (sqrt (- 1.0 (* (* maxCos maxCos) (* (* ux ux) (pow (- 1.0 ux) 2.0)))))
       xi)
      t_0)
     (-
      (+
       (*
        (*
         (fma (* (* uy uy) -2.0) (* (PI) (PI)) 1.0)
         (sqrt (- 1.0 (* t_1 t_1))))
        xi)
       (* (sin (* (* (PI) uy) 2.0)) yi))
      t_0))))

Derivation

1. Split input into 2 regimes

2. if (*.f32 uy #s(literal 2 binary32)) < 0.00400000019

   1. Initial program 99.1%

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

   3. Taylor expanded in uy around 0

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

      1. *-commutative N/A

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

      2. lower-*.f32 N/A

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

      3. lower-sqrt.f32 N/A

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

      4. lower--.f32 N/A

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

      5. *-commutative N/A

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

      6. lower-*.f32 N/A

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

      7. *-commutative N/A

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

      8. lower-*.f32 N/A

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

      9. lower-pow.f32 N/A

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

      10. lower--.f32 N/A

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

      11. unpow2 N/A

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

      12. lower-*.f32 N/A

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

      13. unpow2 N/A

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

      14. lower-*.f32 52.9

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

   5. Applied rewrites 52.9%

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

   if 0.00400000019 < (*.f32 uy #s(literal 2 binary32))

   1. Initial program 98.5%

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

   3. Taylor expanded in ux around 0

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

      1. *-commutative N/A

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

      2. lower-*.f32 N/A

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

      3. lower-sin.f32 N/A

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

      4. *-commutative N/A

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

      5. lower-*.f32 N/A

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

      6. *-commutative N/A

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

      7. lower-*.f32 N/A

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

      8. lower-PI.f32 98.3

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

   5. Applied rewrites 98.3%

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

   6. Taylor expanded in uy around 0

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

      1. +-commutative N/A

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

      2. associate-*r* N/A

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

      3. lower-fma.f32 N/A

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

      4. lower-*.f32 N/A

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

      5. unpow2 N/A

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

      6. lower-*.f32 N/A

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

      7. unpow2 N/A

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

      8. lower-*.f32 N/A

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

      9. lower-PI.f32 N/A

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

      10. lower-PI.f32 37.5

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

   8. Applied rewrites 37.7%

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

4. Final simplification 55.9%

   \[\leadsto \begin{array}{l} \mathbf{if}\;2 \cdot uy \leq 0.004000000189989805:\\ \;\;\;\;\sqrt{1 - \left(maxCos \cdot maxCos\right) \cdot \left(\left(ux \cdot ux\right) \cdot {\left(1 - ux\right)}^{2}\right)} \cdot xi - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\\ \mathbf{else}:\\ \;\;\;\;\left(\left(\mathsf{fma}\left(\left(uy \cdot uy\right) \cdot -2, \mathsf{PI}\left(\right) \cdot \mathsf{PI}\left(\right), 1\right) \cdot \sqrt{1 - \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right) \cdot \left(\left(maxCos \cdot \left(1 - ux\right)\right) \cdot ux\right)}\right) \cdot xi + \sin \left(\left(\mathsf{PI}\left(\right) \cdot uy\right) \cdot 2\right) \cdot yi\right) - \left(\left(\left(ux - 1\right) \cdot maxCos\right) \cdot ux\right) \cdot zi\\ \end{array} \]
5. Add Preprocessing

Alternative 9: 51.5% accurate, 2.2× speedup

Math

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

FPCore

(FPCore (xi yi zi ux uy maxCos)
 :precision binary32
 (-
  (*
   (sqrt (- 1.0 (* (* maxCos maxCos) (* (* ux ux) (pow (- 1.0 ux) 2.0)))))
   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 - ((maxCos * maxCos) * ((ux * ux) * powf((1.0f - ux), 2.0f))))) * 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 - ((maxcos * maxcos) * ((ux * ux) * ((1.0e0 - ux) ** 2.0e0))))) * 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(maxCos * maxCos) * Float32(Float32(ux * ux) * (Float32(Float32(1.0) - ux) ^ Float32(2.0)))))) * 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) - ((maxCos * maxCos) * ((ux * ux) * ((single(1.0) - ux) ^ single(2.0)))))) * xi) - ((((ux - single(1.0)) * maxCos) * ux) * zi);
end

Derivation

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

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

   1. *-commutative N/A

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

   2. lower-*.f32 N/A

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

   3. lower-sqrt.f32 N/A

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

   4. lower--.f32 N/A

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

   5. *-commutative N/A

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

   6. lower-*.f32 N/A

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

   7. *-commutative N/A

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

   8. lower-*.f32 N/A

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

   9. lower-pow.f32 N/A

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

   10. lower--.f32 N/A

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

   11. unpow2 N/A

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

   12. lower-*.f32 N/A

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

   13. unpow2 N/A

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

   14. lower-*.f32 45.7

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

5. Applied rewrites 45.7%

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

6. Final simplification 45.7%

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

Alternative 10: 12.9% accurate, 9.3× speedup

Math

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

FPCore

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

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return ((((1.0f - (ux * ux)) * zi) / (ux + 1.0f)) * 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 = ((((1.0e0 - (ux * ux)) * zi) / (ux + 1.0e0)) * ux) * maxcos
end function

Julia

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

MATLAB

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

Derivation

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 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. *-commutative N/A

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

   6. lower-*.f32 N/A

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

   7. lower--.f32 13.6

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

5. Applied rewrites 13.6%

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

7. Applied rewrites 13.6%

   \[\leadsto \left(\frac{\left(1 - ux \cdot ux\right) \cdot zi}{ux + 1} \cdot ux\right) \cdot maxCos \]
8. Add Preprocessing

Alternative 11: 12.9% accurate, 18.6× speedup

Math

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

FPCore

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

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return (zi * (1.0f - ux)) * (maxCos * 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 = (zi * (1.0e0 - ux)) * (maxcos * ux)
end function

Julia

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

MATLAB

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

Derivation

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 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. *-commutative N/A

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

   6. lower-*.f32 N/A

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

   7. lower--.f32 13.6

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

5. Applied rewrites 13.6%

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

7. Applied rewrites 13.6%

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

8. Final simplification 13.6%

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

Alternative 12: 12.9% accurate, 18.6× speedup

Math

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

FPCore

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

C

float code(float xi, float yi, float zi, float ux, float uy, float maxCos) {
	return (zi * (maxCos * (1.0f - ux))) * 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 = (zi * (maxcos * (1.0e0 - ux))) * ux
end function

Julia

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

MATLAB

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

Derivation

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 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. *-commutative N/A

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

   6. lower-*.f32 N/A

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

   7. lower--.f32 13.6

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

5. Applied rewrites 13.6%

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

7. Applied rewrites 13.6%

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

8. Final simplification 13.6%

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

Alternative 13: 11.6% 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 98.9%

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

3. Taylor expanded in 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. *-commutative N/A

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

   6. lower-*.f32 N/A

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

   7. lower--.f32 13.6

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

5. Applied rewrites 13.6%

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

6. Taylor expanded in ux around 0

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

8. Applied rewrites 11.9%

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

Reproduce

herbie shell --seed 2024308 
(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)))