Convert \exp{...} to generate e^{...}
authorW. Trevor King <wking@tremily.us>
Mon, 20 May 2013 20:15:57 +0000 (16:15 -0400)
committerW. Trevor King <wking@tremily.us>
Mon, 20 May 2013 20:15:57 +0000 (16:15 -0400)
Mom wasn't use what exp(...) meant, but she recognized the e^{...}
notation.  I'm not completely comfortable with how this looks in
nested levels during the Gumbel manipulation, but at least it's
consistent ;).  I may tweak the macro if I change my mind ;).

One sneaky bit is the factorials in the \exp{x} nomenclature entry.
Searching around, I was bailed out by the interwebs:

On 2007-08-21, Nicola Talbot <nlct@cmp.uea.ac.uk> wrote:
> ! is a makeindex special character. I haven't used nomencl, but I
> expect it requires makeindex.  Try "! instead of !

src/blurb/gumbel.tex
src/cantilever/theory.tex
src/local_cmmds.tex
src/sawsim/discussion.tex
src/sawsim/methods.tex

index 2b9ae38f5e9bc974b531f65815e971946f31aac6..f868b2a5b5b45c2e183fc4956b879d90a4d79573 100644 (file)
@@ -14,11 +14,11 @@ distribution given by
 
 \begin{align}
   P_\text{GEV}(x|\mu,\sigma,\eta)
-    &= \frac{1}{\sigma}t(x)\exp\p({-t(x)}) \\
+    &= \frac{1}{\sigma}t(x)\exp{-t(x)} \\
   t(x) &= \begin{cases}
       \p({1 + \p({\frac{x-\mu}{\sigma}})\eta})^{-1/\eta} &
         \text{if } \eta \ne 0 \\
-      \exp\p({-\frac{x-\mu}{\sigma}}) & \text{if } \eta = 0
+      \exp{-\frac{x-\mu}{\sigma}} & \text{if } \eta = 0
     \end{cases}
 \end{align}
 where $\mu\in\Reals$ is the location parameter, $\sigma>0$ is the
@@ -28,9 +28,9 @@ parameter\citep{wikipedia:GEV}.
 To recover the Gumbel distribution, set $\eta=0$.
 \begin{align}
   P_\text{Gumbel}(x|\mu,\sigma)
-    &= \frac{1}{\sigma}\exp\p({-\frac{x-\mu}{\sigma}})
-       \exp\p({\exp\p({-\frac{x-\mu}{\sigma}})}) \\
-    &= \frac{1}{\sigma}\exp\p({z - \exp(-z)}) \;,
+    &= \frac{1}{\sigma}\exp{-\frac{x-\mu}{\sigma}}
+       \exp{\exp{-\frac{x-\mu}{\sigma}}} \\
+    &= \frac{1}{\sigma}\exp{z - \exp(-z)} \;,
 \end{align}
 where $z\equiv (x-\mu)/\sigma$.  This form matches
 \citet{wikipedia:gumbel} and, with the replacements
@@ -41,7 +41,7 @@ $\mu\rightarrow\alpha$ and $\sigma\rightarrow\rho$, also matches
 To recover the Gompertz distribution\citet{wikipedia:gompertz}
 \begin{align}
   P_\text{Gompertz}(x|\nu,b)
-    &= b\nu\exp(bx)\exp(\nu)\exp(-\nu\exp(bx))
+    &= b\nu\exp{bx}\exp{\nu}\exp{-\nu\exp{bx}}
 \end{align}
 , set $$.
 
@@ -49,8 +49,8 @@ Finally, there are a few other similarly named distributions to watch
 out for.  The Type-1 Gumbel distribution\citet{wikipedia:gumbel-t1}
 \begin{equation}
   P_\text{Type-1 Gumbel}(x|a,b)
-    = ab\exp\p({-(b\exp(-ax)+ax)})
-    = -\exp(-b)\cdotP_\text{Gompertz})(x|b,-a)
+    = ab\exp{-(b\exp{-ax}+ax)}}
+    = -\exp{-b}\cdotP_\text{Gompertz})(x|b,-a)
 \end{equation}
 is similar to the Gompertz distrubution, differing only by a constant
 scale factor.  Since both probability distributions are normalized,
@@ -61,7 +61,7 @@ the same as the Gumbel (minimum) distribution.
 
 The Type-2 Gumbel distribution\citet{wikipedia:gumbel-t2}
 \begin{equation}
-  P_\text{Type-2 Gumbel}(x|a,b) = abx^{-a-1}\exp\p({-bx^{-a}})
+  P_\text{Type-2 Gumbel}(x|a,b) = abx^{-a-1}\exp{-bx^{-a}}
 \end{equation}
 has $x$ being raised to powers (vs. $e$ being raised to powers in the
 other distributions), so it is an entirely different beast.
index a4a9a6c89c96b28e1d8d63e33b62373b3c71f140..5bddcb16afe0f9ee1d029fe8dfe64671f1a4cdc8 100644 (file)
@@ -41,7 +41,7 @@ of the applied tension, the energy of the transition state will be
 where $\kappa$ is the effective linker spring constant for that
 tension.  The Bell-model unfolding rate is thus
 \begin{align*}
-  k(f) &= k_0 \exp\p({\frac{f\Delta x - \frac{1}{2}\kappa \Delta x^2}{k_B T}}) \;,
+  k(f) &= k_0 \exp{\frac{f\Delta x - \frac{1}{2}\kappa \Delta x^2}{k_B T}} \;,
 \end{align*}
 and stiffer linkers will increase the mean unfolding force.
 
index ad01d3de1c1b0fc4eae16c50a36a1070652f775d..4603e883b5b8674d2a75462b8c5a6f93c978c523 100644 (file)
@@ -44,6 +44,9 @@
 % Fourier Transform to frequency space
 \newcommand{\Fourf}[1]{\ensuremath{{\mathcal F}_f\left\{ {#1} \right\}}}
 
+% use e^{...} instead of exp ...
+\renewcommand{\exp}[1]{\ensuremath{e^{#1}}}
+
 % Symbol denoting the Langevin function
 \newcommand{\Langevin}{\ensuremath{\mathcal{L}}}
 % Symbol denoting big-O order of #1
index 77e93d082cccd3b43573086e774544376f0b3a2f..5a5c7a9c7e1aa6a280ddea2fa00b9282610509a4 100644 (file)
@@ -157,8 +157,8 @@ The rate of unfolding events with respect to force is
   r_{uF} &= -\deriv{F}{N_f}
     = -\frac{\dd N_f/\dd t}{\dd F/\dd t}
     = \frac{N_f k_u}{\kappa v} \\
-    &= \frac{N_f k_{u0}}{\kappa v}\exp\p({\frac{F\Delta x_u}{k_B T}})
-    = \frac{1}{\rho}\exp\p({\frac{F-\alpha}{\rho}}) \;,
+    &= \frac{N_f k_{u0}}{\kappa v}\exp{\frac{F\Delta x_u}{k_B T}}
+    = \frac{1}{\rho}\exp{\frac{F-\alpha}{\rho}} \;,
 \end{align}
 where $N_f$ is the number of folded domain, $\kappa$ is the spring
 constant of the cantilever-polymer system, $\kappa v$ is the force
@@ -179,9 +179,9 @@ increasing likelihood function follows the Gumbel (minimum)
 probability density\citep{NIST:gumbel} with $\rho$ and $\alpha$ being
 the scale and location parameters, respectively\citep{hummer03}
 \begin{equation}
-  \mathcal{P}(F) = \frac{1}{\rho} \exp\p[{\frac{F-\alpha}{\rho}
-                                           -\exp\p({\frac{F-\alpha}{\rho}})
-                                           }] \;.  \label{eq:sawsim:gumbel}
+  \mathcal{P}(F) = \frac{1}{\rho} \exp{\frac{F-\alpha}{\rho}
+                                           -\exp{\frac{F-\alpha}{\rho}}
+                                           } \;.  \label{eq:sawsim:gumbel}
 \end{equation}
 The distribution has a mean $\avg{F}=\alpha-\gamma_e\rho$ and a
 variance $\sigma^2 = \pi^2\rho^2/6$, where $\gamma_e=0.577\ldots$ is
@@ -691,7 +691,7 @@ $N_f$ in terms of $k_u$ as follows:
   k_u &\equiv -\frac{1}{N_f} \deriv{t}{N_f} \\
   -k_u \dd t \cdot \deriv{t}{F} &= \frac{\dd N_f}{N_f} \\
   \frac{-1}{\kappa v} \int k_0 \dd F &= \ln(N_f) + c \\
-  N_f &= C\exp{\p({\frac{-1}{\kappa v}\integral{}{}{F}{k_u}})} \;,
+  N_f &= C\exp{\frac{-1}{\kappa v}\integral{}{}{F}{k_u}} \;,
   \label{eq:N_f}
 \end{align}
 where $c \equiv \ln(C)$ is a constant of integration scaling $N_f$.
@@ -700,12 +700,12 @@ where $c \equiv \ln(C)$ is a constant of integration scaling $N_f$.
 
 In the extremely weak tension regime, the proteins' unfolding rate is independent of tension, we have
 \begin{align}
-  P &= C\exp{\p({\frac{-1}{kv}\integral{}{}{F}{\kappa}})}
-     = C\exp{\p({\frac{-1}{kv}\kappa F})}
-     = C\exp{\p({\frac{-\kappa F}{kv}})} \\
-  P(0) &\equiv P_0 = C\exp(0) = C \\
+  P &= C\exp{\frac{-1}{kv}\integral{}{}{F}{\kappa}}
+     = C\exp{\frac{-1}{kv}\kappa F}
+     = C\exp{\frac{-\kappa F}{kv}} \\
+  P(0) &\equiv P_0 = C\exp{0} = C \\
   h(F) &= \frac{W}{vk} P \kappa
-     = \frac{W\kappa P_0}{vk} \exp{\p({\frac{-\kappa F}{kv}})}
+     = \frac{W\kappa P_0}{vk} \exp{\frac{-\kappa F}{kv}}
 \end{align}
 So, a constant unfolding-rate/hazard-function gives exponential decay.
 Not the most earth shattering result, but it's a comforting first step, and it does show explicitly the dependence in terms of the various unfolding-specific parameters.
@@ -715,25 +715,28 @@ Not the most earth shattering result, but it's a comforting first step, and it d
 Stepping up the intensity a bit, we come to Bell's model for unfolding
 (\citet{hummer03} Eqn.~1 and the first paragraph of \citet{dudko06} and \citet{dudko07}).
 \begin{equation}
-  \kappa = \kappa_0 \cdot \exp\p({\frac{F \dd x}{k_B T}})
-         = \kappa_0 \cdot \exp(a F) \;,
+  \kappa = \kappa_0 \cdot \exp{\frac{F \dd x}{k_B T}}
+         = \kappa_0 \cdot \exp{a F} \;,
 \end{equation}
 where we've defined $a \equiv \dd x/k_B T$ to bundle some constants together.
 The unfolding histogram is then given by
 \begin{align}
-  P &= C\exp\p({\frac{-1}{kv}\integral{}{}{F}{\kappa}})
-     = C\exp\p[{\frac{-1}{kv} \frac{\kappa_0}{a} \exp(a F)}]
-     = C\exp\p[{\frac{-\kappa_0}{akv}\exp(a F)}] \\
-  P(0) &\equiv P_0 = C\exp\p({\frac{-\kappa_0}{akv}}) \\
-  C &= P_0 \exp\p({\frac{\kappa_0}{akv}}) \\
-  P &= P_0 \exp\p\{{\frac{\kappa_0}{akv}[1-\exp(a F)]}\} \\
+  P &= C\exp{\frac{-1}{kv}\integral{}{}{F}{\kappa}}
+     = C\exp{\frac{-1}{kv} \frac{\kappa_0}{a} \exp{a F}}
+     = C\exp{\frac{-\kappa_0}{akv}\exp{a F}} \\
+  P(0) &\equiv P_0 = C\exp{\frac{-\kappa_0}{akv}} \\
+  C &= P_0 \exp{\frac{\kappa_0}{akv}} \\
+  P &= P_0 \exp{\frac{\kappa_0}{akv}\p({1-\exp{a F}})} \\
   h(F) &= \frac{W}{vk} P \kappa
-     = \frac{W}{vk} P_0 \exp\p\{{\frac{\kappa_0}{akv}[1-\exp(a F)]}\} \kappa_0 \exp(a F)
-     = \frac{W\kappa_0 P_0}{vk} \exp\p\{{a F + \frac{\kappa_0}{akv}[1-\exp(a F)]}\} \label{eq:unfold:bell_pdf}\;.
+     = \frac{W}{vk} P_0
+       \exp{\frac{\kappa_0}{akv}\p({1-\exp{a F}})} \kappa_0 \exp{a F}
+     = \frac{W\kappa_0 P_0}{vk}
+       \exp{a F + \frac{\kappa_0}{akv}\p({1-\exp{a F}})} \;.
+  \label{eq:unfold:bell_pdf}
 \end{align}
 The $F$ dependent behavior reduces to
 \begin{equation}
-  h(F) \propto \exp\p[{a F - b\exp(a F)}] \;,
+  h(F) \propto \exp{a F - b\exp{a F}} \;,
 \end{equation}
 where $b \equiv \kappa_0/akv \equiv \kappa_0 k_B T / k v \dd x$ is
 another constant rephrasing.
@@ -741,12 +744,12 @@ another constant rephrasing.
 This looks similar to the Gompertz / Gumbel / Fisher-Tippett
 distribution, where
 \begin{align}
-  p(x) &\propto z\exp(-z) \\
-  z &\equiv \exp\p({-\frac{x-\mu}{\beta}}) \;,
+  p(x) &\propto z\exp{-z} \\
+  z &\equiv \exp{-\frac{x-\mu}{\beta}} \;,
 \end{align}
 but we have
 \begin{equation}
-  p(x) \propto z\exp(-bz) \;.
+  p(x) \propto z\exp{-bz} \;.
 \end{equation}
 Strangely, the Gumbel distribution is supposed to derive from an
 exponentially increasing hazard function, which is where we started
@@ -757,15 +760,15 @@ my successful derivation in \cref{sec:sawsim:results-scaffold}.
 
 Oh wait, we can do this:
 \begin{equation}
-  p(x) \propto z\exp(-bz) = \frac{1}{b} z'\exp(-z')\propto z'\exp(-z') \;,
+  p(x) \propto z\exp{-bz} = \frac{1}{b} z'\exp{-z'}\propto z'\exp{-z'} \;,
 \end{equation}
 with $z'\equiv bz$.  I feel silly...  From
 \href{Wolfram}{http://mathworld.wolfram.com/GumbelDistribution.html},
 the mean of the Gumbel probability density
 \begin{equation}
-  P(x) = \frac{1}{\beta} \exp\p[{\frac{x-\alpha}{\beta}
-                                 -\exp\p({\frac{x-\alpha}{\beta}})
-                                 }]  \label{eq:sawsim:gumbel-x}
+  P(x) = \frac{1}{\beta} \exp{\frac{x-\alpha}{\beta}
+                              -\exp{\frac{x-\alpha}{\beta}}}
+    \label{eq:sawsim:gumbel-x}
 \end{equation}
 is given by $\mu=\alpha-\gamma\beta$, and the variance is
 $\sigma^2=\frac{1}{6}\pi^2\beta^2$, where $\gamma=0.57721566\ldots$ is
@@ -775,18 +778,16 @@ $\alpha=-\beta\ln(\kappa\beta/kv)$, and $F=x$ we have
   distribution, \cref{eq:sawsim:gumbel-x}).}
 \begin{align}
   P(F)
-    &= \frac{1}{\beta} \exp\p[{\frac{F+\beta\ln(\kappa\beta/kv)}{\beta}
-                               -\exp\p({\frac{F+\beta\ln(\kappa\beta/kv)}
-                                             {\beta}})
-                             }] \\
-    &= \frac{1}{\beta} \exp(F/\beta)\exp[\ln(\kappa\beta/kv)]
-                       \exp\p\{{-\exp(F/\beta)\exp[\ln(\kappa\beta/kv)]}\} \\
-    &= \frac{1}{\beta} \frac{\kappa\beta}{kv} \exp(F/\beta)
-                       \exp\p[{-\kappa\beta/kv\exp(F/\beta)}] \\
-    &= \frac{\kappa}{kv} \exp(F/\beta)\exp[-\kappa\beta/kv\exp(F/\beta)] \\
-    &= \frac{\kappa}{kv} \exp(F/\beta - \kappa\beta/kv\exp(F/\beta)] \\
-    &= \frac{\kappa}{kv} \exp(aF - \kappa/akv\exp(aF)] \\
-    &= \frac{\kappa}{kv} \exp(aF - b\exp(aF)]
+    &= \frac{1}{\beta} \exp{\frac{F+\beta\ln(\kappa\beta/kv)}{\beta}
+                            -\exp{\frac{F+\beta\ln(\kappa\beta/kv)}{\beta}}} \\
+    &= \frac{1}{\beta} \exp{F/\beta}\exp{\ln(\kappa\beta/kv)}
+                       \exp{-\exp{F/\beta}\exp{\ln(\kappa\beta/kv)}} \\
+    &= \frac{1}{\beta} \frac{\kappa\beta}{kv} \exp{F/\beta}
+                       \exp{-\kappa\beta/kv\exp{F/\beta}} \\
+    &= \frac{\kappa}{kv} \exp{F/\beta}\exp{-\kappa\beta/kv\exp{F/\beta}} \\
+    &= \frac{\kappa}{kv} \exp{F/\beta - \kappa\beta/kv\exp{F/\beta}} \\
+    &= \frac{\kappa}{kv} \exp{aF - \kappa/akv\exp{aF}} \\
+    &= \frac{\kappa}{kv} \exp{aF - b\exp{aF}}
     \propto h(F) \;.
 \end{align}
 So our unfolding force histogram for a single Bell domain under
@@ -799,7 +800,7 @@ constant loading does indeed follow the Gumbel distribution.
 For the saddle-point approximation for Kramers' model for unfolding
 (\citet{evans97} Eqn.~3, \citet{hanggi90} Eqn. 4.56c, \citet{vanKampen07} Eqn. XIII.2.2).
 \begin{equation}
-  k_u = \frac{D}{l_b l_{ts}} \cdot \exp\p({\frac{-U_b(F)}{k_B T}}) \;,
+  k_u = \frac{D}{l_b l_{ts}} \cdot \exp{\frac{-U_b(F)}{k_B T}} \;,
     \label{eq:kramers-saddle}
 \end{equation}
 where $U_b(F)$ is the barrier height under an external force $F$,
index ab3a05efddb470d066533e33b08df6ece52e5d1b..2ec889180e03ee4ad03e1e1f64586d76ee95b8ae 100644 (file)
@@ -405,11 +405,19 @@ According to the theory developed by \citet{bell78} and extended by
 unfolding rate constant of a protein molecule
 \index{Bell model}
 \begin{equation}
-  k_u = k_{u0} \exp\p({\frac{F\Delta x_u}{k_B T}}) \;, \label{eq:sawsim:bell}
+  k_u = k_{u0} \exp{\frac{F\Delta x_u}{k_B T}} \;, \label{eq:sawsim:bell}
 \end{equation}
 where $k_{u0}$ is the unfolding rate in the absence of an external
 force, and $\Delta x_u$ is the distance between the native state and
 the transition state along the pulling direction.
+%
+\nomenclature{$\exp{x}$}{Exponential function,
+  \begin{equation}
+    \exp{x} = \sum_{n=0}^{\infty} \frac{x^n}{n"!}
+      = 1 + x + \frac{x^2}{2"!} + \ldots \;.
+  \end{equation}
+}
+\nomenclature{$e$}{Euler's number, $e=2.718\ldots$.}
 
 \begin{figure}
   \asyinclude{figures/schematic/landscape-bell}
@@ -494,9 +502,9 @@ proteins with broad free energy barriers.
   \frac{1}{k_u}
     = \frac{1}{D}
       \integral{-\infty}{\infty}{x}{%
-        e^{\frac{U_F(x)}{k_B T}}
+        \exp{\frac{U_F(x)}{k_B T}}
         \integral{-\infty}{x}{x'}{%
-          e^{\frac{-U_F(x')}{k_B T}}}} \;,
+          \exp{\frac{-U_F(x')}{k_B T}}}} \;,
   \label{eq:kramers}
 \end{equation}
 where $D$ is the diffusion coefficient and $U_F(x)$ is the free energy