Statistics of depth probed by cw measurement of photons in a turbid medium

Photon migration in a turbid medium has been modeled in many different ways. The motivation for such modeling is based on technology that can be used to probe potentially diagnostic optical properties of biological tissue. Surprisingly, one of the more effective models is also one of the simplest. It is based on statistical properties of a nearest-neighbor lattice random walk. Here we develop a theory allowing one to calculate the number of visits by a photon to a given depth, if it is eventually detected at an absorbing surface. This mimics cw measurements made on biological tissue and is directed towards characterizing the depth reached by photons injected at the surface. Our development of the theory uses formalism based on the theory of a continuous-time random walk (CTRW). Formally exact results are given in the Fourier-Laplace domain, which, in turn, are used to generate approximations for parameters of physical interest.

Option valuation as an expectation in the complex domain: The Black-Scholes case

It is very well known that the first succesful valuation of a stock option was done by solving a deterministic partial differential equation (PDE) of the parabolic type with some complementary conditions specific for the option. In this approach, the randomness in the option value process is eliminated through a no-arbitrage argument. An alternative approach is to construct a replicating portfolio for the option. From this viewpoint the payoff function for the option is a random process which, under a new probabilistic measure, turns out to be of a special type, a martingale. Accordingly, the value of the replicating portfolio (equivalently, of the option) is calculated as an expectation, with respect to this new measure, of the discounted value of the payoff function. Since the expectation is, by definition, an integral, its calculation can be made simpler by resorting to powerful methods already available in the theory of analytic functions. In this paper we use precisely two of those techniques to find the well-known value of a European call

Time of ruin in a risk model with generalized Erlang (n) interclaim times and a constant dividend barrier

In this paper we analyze the time of ruin in a risk process with the interclaim times being Erlang(n) distributed and a constant dividend barrier. We obtain an integro-differential equation for the Laplace Transform of the time of ruin. Explicit solutions for the moments of the time of ruin are presented when the individual claim amounts have a distribution with rational Laplace transform. Finally, some numerical results and a compare son with the classical risk model, with interclaim times following an exponential distribution, are given.

The Effect of a threshold proportional reinsurance strategy on ruin probabilities

[spa] En un modelo de Poisson compuesto, definimos una estrategia de reaseguro proporcional de umbral : se aplica un nivel de retención k1 siempre que las reservas sean inferiores a un determinado umbral b, y un nivel de retención k2 en caso contrario. Obtenemos la ecuación íntegro-diferencial para la función Gerber-Shiu, definida en Gerber-Shiu -1998- en este modelo, que nos permite obtener las expresiones de la probabilidad de ruina y de la transformada de Laplace del momento de ruina para distintas distribuciones de la cuantía individual de los siniestros. Finalmente presentamos algunos resultados numéricos.

Apéndice. Análisis de la industria lítica de "Els Ermitons"

Después de la amplia exposición general que precede a nuestro estudio, no vamos a extendernos más en describir, en conjunto, los materiales de cada estrato. Nos hemos limitado a revisar a fondo todas y cada una de las piezas extraídas de la excavación; con anterioridad habían sido inventariadas y marcadas con un número correspondientes al fondo del Museo Arqueológico Provincial de Gerona, al que nosotros hacemos ahora referencia. Independientemente cada número de éstos abarca, en algunos casos, más de un útil, al aludir a un conjunto de piezas de una zona determinada, por lo que hemos procedido a marcar, a partir de 1, en cada caso, los útiles incluidos bajo una de las cifras de Gerona. En nuestra revisión hemos separado lo que ha sido considerado como útiles paleolíticos. La pobreza de estos materiales ha quedado ya suficientemente explicitada con anterioridad, tanto en su aspecto de utillaje como en el de la materia prima. En efecto, el total de útiles analizados, pertenecientes casi en su totalidad a los estratos III, IV Y V, es de 143. El método utilizado para la descripción del utillaje lítico ha sido el de la tipología analítica (Laplace, 1972). Somos plenamente conscientes de que su aplicación a una industria considerada como Paleolítico Medio es algo nuevo y que quizá sea aventurado, pero hemos de decir que la mera descripción de los útiles se puede enmarcar perfectamente en el campo de esta nueva metodología desde el punto de vista de una exposición objetiva de los retoques que conforman cada pieza. Nuestra decisión al decantarnos por la tipología analítica en nuestro estudio, es la de exponer simplemente las piezas, omitiendo al máximo las ambigüedades derivadas de las listas-tipo anteriores.

Revisión de la industria lítica de los niveles solutrenses de la cueva del Parpalló

El objeto de este artículo es el de dar a conocer, en la medida de lo posible, los resultados derivados de la revisión y nuevo estudio tipológico de los materiales líticos de la industria de los niveles solutrenses de la cueva del Parpalló. No es un dilema de fácil resolución el que se le presenta a un estudioso de la Prehistoria, y más concretamente del Paleolítico, a la hora de elegir su rama de estudio concreta; en nuestro caso particular abordamos la problemática de la tipología de la industria lítica paleolítica, que es en verdad tema extenso y trabajado por muchos investigadores. Las dos líneas hoy más en boga entre los paleolitistas son la propugnada por Mme. D. Sonneville-Bordes y J. Perrot (D. Sonneville-Bordes y J. Perrot, 1954-55-56) y por G. Laplace (Laplace, 1966, 1968, 1972 Y 1974 a) que no vamos a comentar aquí. La búsqueda de la mayor objetividad posible es la que, en nuestra opinión, debería decidir ya a los estudiosos del Paleolítico, sobre todo Superior, por el sistema tipológico analítico.

High-SNR analytical performance of spatial multiplexing MIMO systems with CSI

In this paper, we investigate the average andoutage performance of spatial multiplexing multiple-input multiple-output (MIMO) systems with channel state information at both sides of the link. Such systems result, for example, from exploiting the channel eigenmodes in multiantenna systems. Dueto the complexity of obtaining the exact expression for the average bit error rate (BER) and the outage probability, we deriveapproximations in the high signal-to-noise ratio (SNR) regime assuming an uncorrelated Rayleigh flat-fading channel. Moreexactly, capitalizing on previous work by Wang and Giannakis, the average BER and outage probability versus SNR curves ofspatial multiplexing MIMO systems are characterized in terms of two key parameters: the array gain and the diversity gain. Finally, these results are applied to analyze the performance of a variety of linear MIMO transceiver designs available in the literature.

Intrinsic subspace convergence in TDD MIMO communication

In numerical linear algebra, students encounter earlythe iterative power method, which finds eigenvectors of a matrixfrom an arbitrary starting point through repeated normalizationand multiplications by the matrix itself. In practice, more sophisticatedmethods are used nowadays, threatening to make the powermethod a historical and pedagogic footnote. However, in the contextof communication over a time-division duplex (TDD) multipleinputmultiple-output (MIMO) channel, the power method takes aspecial position. It can be viewed as an intrinsic part of the uplinkand downlink communication switching, enabling estimationof the eigenmodes of the channel without extra overhead. Generalizingthe method to vector subspaces, communication in thesubspaces with the best receive and transmit signal-to-noise ratio(SNR) is made possible. In exploring this intrinsic subspace convergence(ISC), we show that several published and new schemes canbe cast into a common framework where all members benefit fromthe ISC.

Análise bayesiana univariada e bivariada para a conversão alimentar de suínos da raça Piau

O objetivo deste trabalho foi apresentar modelagens alternativas, uni e bivariadas, para avaliação da conversão alimentar (CA) de suínos da raça Piau, com uso de inferência bayesiana. Os efeitos de sexo e genótipo sobre a CA dos animais foram avaliados por meio de procedimentos de simulação de Monte Carlo via cadeias de Markov (MCMC) e de integração aproximada aninhada de Laplace (INLA). O modelo univariado foi avaliado com diferentes distribuições para o erro - normal (gaussiana), t de Student, gama, log-normal e skew-normal -, enquanto, para o modelo bivariado, considerou-se o erro normal. A distribuição skew-normal foi o modelo mais parcimonioso para inferir sobre a resposta direta (univariada) da CA aos efeitos de sexo e genótipo, os quais não foram significativos. O modelo bivariado foi capaz de identificar diferenças significativas no ganho de peso e no consumo de ração em níveis de significância não detectados pelo modelo univariado. Além disso, ele também foi capaz de detectar diferenças entre sexos, quando agrupados por genótipos NN (machos, 2,73±0,04; fêmeas, 2,68±0,04) e Nn (machos, 2,70±0,07; fêmeas, 2,64±0,07), e revelou maior acurácia e precisão nas inferências nutricionais. Em ambas as abordagens, o método bayesiano mostra-se flexível e eficiente para a avaliação do desempenho nutricional dos animais.

Integral cohomology of finite postnikov towers

Depuis le séminaire H. Cartan de 1954-55, il est bien connu que l'on peut trouver des éléments de torsion arbitrairement grande dans l'homologie entière des espaces d'Eilenberg-MacLane K(G,n) où G est un groupe abélien non trivial et n>1. L'objectif majeur de ce travail est d'étendre ce résultat à des H-espaces possédant plus d'un groupe d'homotopie non trivial. Dans le but de contrôler précisément le résultat de H. Cartan, on commence par étudier la dualité entre l'homologie et la cohomologie des espaces d'Eilenberg-MacLane 2-locaux de type fini. On parvient ainsi à raffiner quelques résultats qui découlent des calculs de H. Cartan. Le résultat principal de ce travail peut être formulé comme suit. Soit X un H-espace ne possédant que deux groupes d'homotopie non triviaux, tous deux finis et de 2-torsion. Alors X n'admet pas d'exposant pour son groupe gradué d'homologie entière réduite. On construit une large classe d'espaces pour laquelle ce résultat n'est qu'une conséquence d'une caractéristique topologique, à savoir l'existence d'un rétract faible X K(G,n) pour un certain groupe abélien G et n>1. On généralise également notre résultat principal à des espaces plus compliqués en utilisant la suite spectrale d'Eilenberg-Moore ainsi que des méthodes analytiques faisant apparaître les nombres de Betti et leur comportement asymptotique. Finalement, on conjecture que les espaces qui ne possédent qu'un nombre fini de groupes d'homotopie non triviaux n'admettent pas d'exposant homologique. Ce travail contient par ailleurs la présentation de la « machine d'Eilenberg-MacLane », un programme C++ conçu pour calculer explicitement les groupes d'homologie entière des espaces d'Eilenberg-MacLane. <br/><br/>By the work of H. Cartan, it is well known that one can find elements of arbitrarilly high torsion in the integral (co)homology groups of an Eilenberg-MacLane space K(G,n), where G is a non-trivial abelian group and n>1. The main goal of this work is to extend this result to H-spaces having more than one non-trivial homotopy groups. In order to have an accurate hold on H. Cartan's result, we start by studying the duality between homology and cohomology of 2-local Eilenberg-MacLane spaces of finite type. This leads us to some improvements of H. Cartan's methods in this particular case. Our main result can be stated as follows. Let X be an H-space with two non-vanishing finite 2-torsion homotopy groups. Then X does not admit any exponent for its reduced integral graded (co)homology group. We construct a wide class of examples for which this result is a simple consequence of a topological feature, namely the existence of a weak retract X K(G,n) for some abelian group G and n>1. We also generalize our main result to more complicated stable two stage Postnikov systems, using the Eilenberg-Moore spectral sequence and analytic methods involving Betti numbers and their asymptotic behaviour. Finally, we investigate some guesses on the non-existence of homology exponents for finite Postnikov towers. We conjecture that Postnikov pieces do not admit any (co)homology exponent. This work also includes the presentation of the "Eilenberg-MacLane machine", a C++ program designed to compute explicitely all integral homology groups of Eilenberg-MacLane spaces. <br/><br/>Il est toujours difficile pour un mathématicien de parler de son travail. La difficulté réside dans le fait que les objets qu'il étudie sont abstraits. On rencontre assez rarement un espace vectoriel, une catégorie abélienne ou une transformée de Laplace au coin de la rue ! Cependant, même si les objets mathématiques sont difficiles à cerner pour un non-mathématicien, les méthodes pour les étudier sont essentiellement les mêmes que celles utilisées dans les autres disciplines scientifiques. On décortique les objets complexes en composantes plus simples à étudier. On dresse la liste des propriétés des objets mathématiques, puis on les classe en formant des familles d'objets partageant un caractère commun. On cherche des façons différentes, mais équivalentes, de formuler un problème. Etc. Mon travail concerne le domaine mathématique de la topologie algébrique. Le but ultime de cette discipline est de parvenir à classifier tous les espaces topologiques en faisant usage de l'algèbre. Cette activité est comparable à celle d'un ornithologue (topologue) qui étudierait les oiseaux (les espaces topologiques) par exemple à l'aide de jumelles (l'algèbre). S'il voit un oiseau de petite taille, arboricole, chanteur et bâtisseur de nids, pourvu de pattes à quatre doigts, dont trois en avant et un, muni d'une forte griffe, en arrière, alors il en déduira à coup sûr que c'est un passereau. Il lui restera encore à déterminer si c'est un moineau, un merle ou un rossignol. Considérons ci-dessous quelques exemples d'espaces topologiques: a) un cube creux, b) une sphère et c) un tore creux (c.-à-d. une chambre à air). a) b) c) Si toute personne normalement constituée perçoit ici trois figures différentes, le topologue, lui, n'en voit que deux ! De son point de vue, le cube et la sphère ne sont pas différents puisque ils sont homéomorphes: on peut transformer l'un en l'autre de façon continue (il suffirait de souffler dans le cube pour obtenir la sphère). Par contre, la sphère et le tore ne sont pas homéomorphes: triturez la sphère de toutes les façons (sans la déchirer), jamais vous n'obtiendrez le tore. Il existe un infinité d'espaces topologiques et, contrairement à ce que l'on serait naïvement tenté de croire, déterminer si deux d'entre eux sont homéomorphes est très difficile en général. Pour essayer de résoudre ce problème, les topologues ont eu l'idée de faire intervenir l'algèbre dans leurs raisonnements. Ce fut la naissance de la théorie de l'homotopie. Il s'agit, suivant une recette bien particulière, d'associer à tout espace topologique une infinité de ce que les algébristes appellent des groupes. Les groupes ainsi obtenus sont appelés groupes d'homotopie de l'espace topologique. Les mathématiciens ont commencé par montrer que deux espaces topologiques qui sont homéomorphes (par exemple le cube et la sphère) ont les même groupes d'homotopie. On parle alors d'invariants (les groupes d'homotopie sont bien invariants relativement à des espaces topologiques qui sont homéomorphes). Par conséquent, deux espaces topologiques qui n'ont pas les mêmes groupes d'homotopie ne peuvent en aucun cas être homéomorphes. C'est là un excellent moyen de classer les espaces topologiques (pensez à l'ornithologue qui observe les pattes des oiseaux pour déterminer s'il a affaire à un passereau ou non). Mon travail porte sur les espaces topologiques qui n'ont qu'un nombre fini de groupes d'homotopie non nuls. De tels espaces sont appelés des tours de Postnikov finies. On y étudie leurs groupes de cohomologie entière, une autre famille d'invariants, à l'instar des groupes d'homotopie. On mesure d'une certaine manière la taille d'un groupe de cohomologie à l'aide de la notion d'exposant; ainsi, un groupe de cohomologie possédant un exposant est relativement petit. L'un des résultats principaux de ce travail porte sur une étude de la taille des groupes de cohomologie des tours de Postnikov finies. Il s'agit du théorème suivant: un H-espace topologique 1-connexe 2-local et de type fini qui ne possède qu'un ou deux groupes d'homotopie non nuls n'a pas d'exposant pour son groupe gradué de cohomologie entière réduite. S'il fallait interpréter qualitativement ce résultat, on pourrait dire que plus un espace est petit du point de vue de la cohomologie (c.-à-d. s'il possède un exposant cohomologique), plus il est intéressant du point de vue de l'homotopie (c.-à-d. il aura plus de deux groupes d'homotopie non nuls). Il ressort de mon travail que de tels espaces sont très intéressants dans le sens où ils peuvent avoir une infinité de groupes d'homotopie non nuls. Jean-Pierre Serre, médaillé Fields en 1954, a montré que toutes les sphères de dimension >1 ont une infinité de groupes d'homotopie non nuls. Des espaces avec un exposant cohomologique aux sphères, il n'y a qu'un pas à franchir...

The Omega model: from bankruptcy to occupation times in the red

Ruin occurs the first time when the surplus of a company or an institution is negative. In the Omega model, it is assumed that even with a negative surplus, the company can do business as usual until bankruptcy occurs. The probability of bankruptcy at a point of time only depends on the value of the negative surplus at that time. Under the assumption of Brownian motion for the surplus, the expected discounted value of a penalty at bankruptcy is determined, and hence the probability of bankruptcy. There is an intrinsic relation between the probability of no bankruptcy and an exposure random variable. In special cases, the distribution of the total time the Brownian motion spends below zero is found, and the Laplace transform of the integral of the negative part of the Brownian motion is expressed in terms of the Airy function of the first kind.

Monotonic continuous-time random walks with drift and stochastic reset events

In this paper we consider a stochastic process that may experience random reset events which suddenly bring the system to the starting value and analyze the relevant statistical magnitudes. We focus our attention on monotonic continuous-time random walks with a constant drift: The process increases between the reset events, either by the effect of the random jumps, or by the action of the deterministic drift. As a result of all these combined factors interesting properties emerge, like the existence (for any drift strength) of a stationary transition probability density function, or the faculty of the model to reproduce power-law-like behavior. General formulas for two extreme statistics, the survival probability, and the mean exit time, are also derived. To corroborate in an independent way the results of the paper, Monte Carlo methods were used. These numerical estimations are in full agreement with the analytical predictions.

Hückel and Möbius annulenes: relationships between their Hückel-level orbitals and their Hückel-level energies

The problem of convenient access to quantitative Hückel-level descriptions of Möbius and Hückel annulenes for undergraduate lectures about aromaticity is discussed. Frost circle, Zimmerman circle, double circle and Langler semicircular mnemonics are described. The relationship between spectra (complete sets of secular equation roots) for an isoconjugate pair of Hückel and Möbius annulenes and the corresponding acyclic polyene with one less carbon is fully developed. In addition to providing an alternative path to exact spectrum roots, this relationship provides immediate access to almost half of the eigenfunctions for an isoconjugate annulene pair. The remaining eigenfunctions may be obtained very easily.

Uma introdução à espectroscopia atômica: o átomo de hidrogênio

The Balmer equation is obtained from the hydrogen spectrum in an empirical way, using a graphic method; from this equation the energy level terms are derived. Emphasis is given to concepts in order to make clear the meaning of quantum numbers, eigenvalues and eigenfunctions in the Schrödinger equation.