The generating function of the generalized Fibonacci sequence

Using tools of the theory of orthogonal polynomials we obtain the generating function of the generalized Fibonacci sequence established by Petronilho for a sequence of real or complex numbers {Qn} defined by Q0 = 0, Q1 = 1, Qm = ajQm−1 + bjQm−2, m ≡ j (mod k), where k ≥ 3 is a fixed integer, and a0, a1, . . . , ak−1, b0, b1, . . . , bk−1 are 2k given real or complex numbers, with bj #0 for 0 ≤ j ≤ k−1. For this sequence some convergence proprieties are obtained.

Frequency domain analysis of stationary time series

This thesis provides a necessary and sufficient condition for asymptotic efficiency of a nonparametric estimator of the generalised autocovariance function of a Gaussian stationary random process. The generalised autocovariance function is the inverse Fourier transform of a power transformation of the spectral density, and encompasses the traditional and inverse autocovariance functions. Its nonparametric estimator is based on the inverse discrete Fourier transform of the same power transformation of the pooled periodogram. The general result is then applied to the class of Gaussian stationary ARMA processes and its implications are discussed. We illustrate that for a class of contrast functionals and spectral densities, the minimum contrast estimator of the spectral density satisfies a Yule-Walker system of equations in the generalised autocovariance estimator. Selection of the pooling parameter, which characterizes the nonparametric estimator of the generalised autocovariance, controlling its resolution, is addressed by using a multiplicative periodogram bootstrap to estimate the finite-sample distribution of the estimator. A multivariate extension of recently introduced spectral models for univariate time series is considered, and an algorithm for the coefficients of a power transformation of matrix polynomials is derived, which allows to obtain the Wold coefficients from the matrix coefficients characterizing the generalised matrix cepstral models. This algorithm also allows the definition of the matrix variance profile, providing important quantities for vector time series analysis. A nonparametric estimator based on a transformation of the smoothed periodogram is proposed for estimation of the matrix variance profile.

Decompositions of powers of quadratic forms

We analyze the Waring decompositions of the powers of any quadratic form over the field of complex numbers. Our main objective is to provide detailed information about their rank and border rank. These forms are of significant importance because of the classical decomposition expressing the space of polynomials of a fixed degree as a direct sum of the spaces of harmonic polynomials multiplied by a power of the quadratic form. Using the fact that the spaces of harmonic polynomials are irreducible representations of the special orthogonal group over the field of complex numbers, we show that the apolar ideal of the s-th power of a non-degenerate quadratic form in n variables is generated by the set of harmonic polynomials of degree s+1. We also generalize and improve upon some of the results about real decompositions, provided by B. Reznick in his notes from 1992, focusing on possibly minimal decompositions and providing new ones, both real and complex. We investigate the rank of the second power of a non-degenerate quadratic form in n variables, which is equal to (n^2+n+2)/2 in most cases. We also study the border rank of any power of an arbitrary ternary non-degenerate quadratic form, which we determine explicitly using techniques of apolarity and a specific subscheme contained in its apolar ideal. Based on results about smoothability, we prove that the smoothable rank of the s-th power of such form corresponds exactly to its border rank and to the rank of its middle catalecticant matrix, which is equal to (s+1)(s+2)/2.

The combinatorics of Hilbert-Poincaré series of matroids

In this thesis we explore the combinatorial properties of several polynomials arising in matroid theory. Our main motivation comes from the problem of computing them in an efficient way and from a collection of conjectures, mainly the real-rootedness and the monotonicity of their coefficients with respect to weak maps. Most of these polynomials can be interpreted as Hilbert--Poincaré series of graded vector spaces associated to a matroid and thus some combinatorial properties can be inferred via combinatorial algebraic geometry (non-negativity, palindromicity, unimodality); one of our goals is also to provide purely combinatorial interpretations of these properties, for example by redefining these polynomials as poset invariants (via the incidence algebra of the lattice of flats); moreover, by exploiting the bases polytopes and the valuativity of these invariants with respect to matroid decompositions, we are able to produce efficient closed formulas for every paving matroid, a class that is conjectured to be predominant among all matroids. One last goal is to extend part of our results to a higher categorical level, by proving analogous results on the original graded vector spaces via abelian categorification or on equivariant versions of these polynomials.

Differential inclusions and robust control theory

Uncontrolled systems (x) over dot is an element of Ax, where A is a non-empty compact set of matrices, and controlled systems (x) over dot is an element of Ax + Bu are considered. Higher-order systems 0 is an element of Px - Du, where and are sets of differential polynomials, are also studied. It is shown that, under natural conditions commonly occurring in robust control theory, with some mild additional restrictions, asymptotic stability of differential inclusions is guaranteed. The main results are variants of small-gain theorems and the principal technique used is the Krasnosel'skii-Pokrovskii principle of absence of bounded solutions.

Robot Manipulator Systems: Analysis and Control

Manipulator systems are rather complex and highly nonlinear which makes difficult their analysis and control. Classic system theory is veil known, however it is inadequate in the presence of strong nonlinear dynamics. Nonlinear controllers produce good results [1] and work has been done e. g. relating the manipulator nonlinear dynamics with frequency response [2–5]. Nevertheless, given the complexity of the problem, systematic methods which permit to draw conclusions about stability, imperfect modelling effects, compensation requirements, etc. are still lacking. In section 2 we start by analysing the variation of the poles and zeros of the descriptive transfer functions of a robot manipulator in order to motivate the development of more robust (and computationally efficient) control algorithms. Based on this analysis a new multirate controller which is an improvement of the well known “computed torque controller” [6] is announced in section 3. Some research in this area was done by Neuman [7,8] showing tbat better robustness is possible if the basic controller structure is modified. The present study stems from those ideas, and attempts to give a systematic treatment, which results in easy to use standard engineering tools. Finally, in section 4 conclusions are presented.

O regime de chuvas em Pesqueira

The authors studied the rainfall in Pesqueira (Pernambuco, Brasil) in a period of 48 years (1910 through 1957) by the method of orthogonal polynomials, degrees up to the fourth having been tried. None of them was significant, so that it seems that no trend is present. The mean observed was 679.00 mm., with standard error of the mean 205.5 mm., and a 30.3% coefficient of variation. The 95% level of probability would include annual rainfall from 263.9 up to 1094.1mm.

Bayesian tools for zero counts in compositional data

The log-ratio methodology makes available powerful tools for analyzing compositionaldata. Nevertheless, the use of this methodology is only possible for those data setswithout null values. Consequently, in those data sets where the zeros are present, aprevious treatment becomes necessary. Last advances in the treatment of compositionalzeros have been centered especially in the zeros of structural nature and in the roundedzeros. These tools do not contemplate the particular case of count compositional datasets with null values. In this work we deal with \count zeros" and we introduce atreatment based on a mixed Bayesian-multiplicative estimation. We use the Dirichletprobability distribution as a prior and we estimate the posterior probabilities. Then weapply a multiplicative modi¯cation for the non-zero values. We present a case studywhere this new methodology is applied.Key words: count data, multiplicative replacement, composition, log-ratio analysis

Notch 1-deficient common lymphoid precursors adopt a B cell fate in the thymus.

We have recently reported that Notch 1, a member of the Notch multigene family, is essential for the development of murine T cells. Using a mouse model in which Notch 1 is inactivated in bone marrow (BM) precursors we have shown that B cells instead of T cells are found in the thymus of BM chimeras. However, it is not clear whether these B cells develop by default from a common lymphoid precursor due to the absence of Notch 1 signaling, or whether they arise as a result of perturbed migration of BM-derived B cells and/or altered homeostasis of normal resident thymic B cells. In this report we show that Notch 1-deficient thymic B cells resemble BM B cells in phenotype and turnover kinetics and are located predominantly in the medulla and corticomedullary junction. Peripheral blood lymphocyte analysis shows no evidence of recirculating Notch1(-/)- BM B cells. Furthermore, lack of T cell development is not due to a failure of Notch1(-/)- precursors to home to the thymus, as even after intrathymic reconstitution with BM cells, B cells instead of T cells develop from Notch 1-deficient precursors. Taken together, these results provide evidence for de novo ectopic B cell development in the thymus, and support the hypothesis that in the absence of Notch 1 common lymphoid precursors adopt the default cell fate and develop into B cells instead.

Exact results for Wilson loops in arbitrary representations

We compute the exact vacuum expectation value of 1/2 BPS circular Wilson loops of TeX = 4 U(N) super Yang-Mills in arbitrary irreducible representations. By localization arguments, the computation reduces to evaluating certain integrals in a Gaussian matrix model, which we do using the method of orthogonal polynomials. Our results are particularly simple for Wilson loops in antisymmetric representations; in this case, we observe that the final answers admit an expansion where the coefficients are positive integers, and can be written in terms of sums over skew Young diagrams. As an application of our results, we use them to discuss the exact Bremsstrahlung functions associated to the corresponding heavy probes.

CR1Dmod: A Matlab program to model 1D complex resistivity effects in electrical and electromagnetic surveys

We have constructed a forward modelling code in Matlab, capable of handling several commonly used electrical and electromagnetic methods in a 1D environment. We review the implemented electromagnetic field equations for grounded wires, frequency and transient soundings and present new solutions in the case of a non-magnetic first layer. The CR1Dmod code evaluates the Hankel transforms occurring in the field equations using either the Fast Hankel Transform based on digital filter theory, or a numerical integration scheme applied between the zeros of the Bessel function. A graphical user interface allows easy construction of 1D models and control of the parameters. Modelling results are in agreement with other authors, but the time of computation is less efficient than other available codes. Nevertheless, the CR1Dmod routine handles complex resistivities and offers solutions based on the full EM-equations as well as the quasi-static approximation. Thus, modelling of effects based on changes in the magnetic permeability and the permittivity is also possible.

Testing Normality : A GMM Approach

In this paper, we consider testing marginal normal distributional assumptions. More precisely, we propose tests based on moment conditions implied by normality. These moment conditions are known as the Stein (1972) equations. They coincide with the first class of moment conditions derived by Hansen and Scheinkman (1995) when the random variable of interest is a scalar diffusion. Among other examples, Stein equation implies that the mean of Hermite polynomials is zero. The GMM approach we adopted is well suited for two reasons. It allows us to study in detail the parameter uncertainty problem, i.e., when the tests depend on unknown parameters that have to be estimated. In particular, we characterize the moment conditions that are robust against parameter uncertainty and show that Hermite polynomials are special examples. This is the main contribution of the paper. The second reason for using GMM is that our tests are also valid for time series. In this case, we adopt a Heteroskedastic-Autocorrelation-Consistent approach to estimate the weighting matrix when the dependence of the data is unspecified. We also make a theoretical comparison of our tests with Jarque and Bera (1980) and OPG regression tests of Davidson and MacKinnon (1993). Finite sample properties of our tests are derived through a comprehensive Monte Carlo study. Finally, three applications to GARCH and realized volatility models are presented.

Superintégrabilité avec séparation de variables en coordonnées polaires et intégrales du mouvement d’ordre supérieur à deux

Dans cette thèse, nous proposons de nouveaux résultats de systèmes superintégrables séparables en coordonnées polaires. Dans un premier temps, nous présentons une classification complète de tous les systèmes superintégrables séparables en coordonnées polaires qui admettent une intégrale du mouvement d'ordre trois. Des potentiels s'exprimant en terme de la sixième transcendante de Painlevé et de la fonction elliptique de Weierstrass sont présentés. Ensuite, nous introduisons une famille infinie de systèmes classiques et quantiques intégrables et exactement résolubles en coordonnées polaires. Cette famille s'exprime en terme d'un paramètre k. Le spectre d'énergie et les fonctions d'onde des systèmes quantiques sont présentés. Une conjecture postulant la superintégrabilité de ces systèmes est formulée et est vérifiée pour k=1,2,3,4. L'ordre des intégrales du mouvement proposées est 2k où k ∈ ℕ. La structure algébrique de la famille de systèmes quantiques est formulée en terme d'une algèbre cachée où le nombre de générateurs dépend du paramètre k. Une généralisation quasi-exactement résoluble et intégrable de la famille de potentiels est proposée. Finalement, les trajectoires classiques de la famille de systèmes sont calculées pour tous les cas rationnels k ∈ ℚ. Celles-ci s'expriment en terme des polynômes de Chebyshev. Les courbes associées aux trajectoires sont présentées pour les premiers cas k=1, 2, 3, 4, 1/2, 1/3 et 3/2 et les trajectoires bornées sont fermées et périodiques dans l'espace des phases. Ainsi, les résultats obtenus viennent renforcer la possible véracité de la conjecture.

Irrégularités dans la distribution des nombres premiers et des suites plus générales dans les progressions arithmétiques

Le sujet principal de cette thèse est la distribution des nombres premiers dans les progressions arithmétiques, c'est-à-dire des nombres premiers de la forme $qn+a$, avec $a$ et $q$ des entiers fixés et $n=1,2,3,\dots$ La thèse porte aussi sur la comparaison de différentes suites arithmétiques par rapport à leur comportement dans les progressions arithmétiques. Elle est divisée en quatre chapitres et contient trois articles. Le premier chapitre est une invitation à la théorie analytique des nombres, suivie d'une revue des outils qui seront utilisés plus tard. Cette introduction comporte aussi certains résultats de recherche, que nous avons cru bon d'inclure au fil du texte. Le deuxième chapitre contient l'article \emph{Inequities in the Shanks-Rényi prime number race: an asymptotic formula for the densities}, qui est le fruit de recherche conjointe avec le professeur Greg Martin. Le but de cet article est d'étudier un phénomène appelé le <>, qui s'observe dans les <>. Chebyshev a observé qu'il semble y avoir plus de premiers de la forme $4n+3$ que de la forme $4n+1$. De manière plus générale, Rubinstein et Sarnak ont montré l'existence d'une quantité $\delta(q;a,b)$, qui désigne la probabilité d'avoir plus de premiers de la forme $qn+a$ que de la forme $qn+b$. Dans cet article nous prouvons une formule asymptotique pour $\delta(q;a,b)$ qui peut être d'un ordre de précision arbitraire (en terme de puissance négative de $q$). Nous présentons aussi des résultats numériques qui supportent nos formules. Le troisième chapitre contient l'article \emph{Residue classes containing an unexpected number of primes}. Le but est de fixer un entier $a\neq 0$ et ensuite d'étudier la répartition des premiers de la forme $qn+a$, en moyenne sur $q$. Nous montrons que l'entier $a$ fixé au départ a une grande influence sur cette répartition, et qu'il existe en fait certaines progressions arithmétiques contenant moins de premiers que d'autres. Ce phénomène est plutôt surprenant, compte tenu du théorème des premiers dans les progressions arithmétiques qui stipule que les premiers sont équidistribués dans les classes d'équivalence $\bmod q$. Le quatrième chapitre contient l'article \emph{The influence of the first term of an arithmetic progression}. Dans cet article on s'intéresse à des irrégularités similaires à celles observées au troisième chapitre, mais pour des suites arithmétiques plus générales. En effet, nous étudions des suites telles que les entiers s'exprimant comme la somme de deux carrés, les valeurs d'une forme quadratique binaire, les $k$-tuplets de premiers et les entiers sans petit facteur premier. Nous démontrons que dans chacun de ces exemples, ainsi que dans une grande classe de suites arithmétiques, il existe des irrégularités dans les progressions arithmétiques $a\bmod q$, avec $a$ fixé et en moyenne sur $q$.

Structures algébriques, systèmes superintégrables et polynômes orthogonaux

Cette thèse est divisée en cinq parties portant sur les thèmes suivants: l’interprétation physique et algébrique de familles de fonctions orthogonales multivariées et leurs applications, les systèmes quantiques superintégrables en deux et trois dimensions faisant intervenir des opérateurs de réflexion, la caractérisation de familles de polynômes orthogonaux appartenant au tableau de Bannai-Ito et l’examen des structures algébriques qui leurs sont associées, l’étude de la relation entre le recouplage de représentations irréductibles d’algèbres et de superalgèbres et les systèmes superintégrables, ainsi que l’interprétation algébrique de familles de polynômes multi-orthogonaux matriciels. Dans la première partie, on développe l’interprétation physico-algébrique des familles de polynômes orthogonaux multivariés de Krawtchouk, de Meixner et de Charlier en tant qu’éléments de matrice des représentations unitaires des groupes SO(d+1), SO(d,1) et E(d) sur les états d’oscillateurs. On détermine les amplitudes de transition entre les états de l’oscillateur singulier associés aux bases cartésienne et polysphérique en termes des polynômes multivariés de Hahn. On examine les coefficients 9j de su(1,1) par le biais du système superintégrable générique sur la 3-sphère. On caractérise les polynômes de q-Krawtchouk comme éléments de matrices des «q-rotations» de U_q(sl_2). On conçoit un réseau de spin bidimensionnel qui permet le transfert parfait d’états quantiques à l’aide des polynômes de Krawtchouk à deux variables et on construit un modèle discret de l’oscillateur quantique dans le plan à l’aide des polynômes de Meixner bivariés. Dans la seconde partie, on étudie les systèmes superintégrables de type Dunkl, qui font intervenir des opérateurs de réflexion. On examine l’oscillateur de Dunkl en deux et trois dimensions, l’oscillateur singulier de Dunkl dans le plan et le système générique sur la 2-sphère avec réflexions. On démontre la superintégrabilité de chacun de ces systèmes. On obtient leurs constantes du mouvement, on détermine leurs algèbres de symétrie et leurs représentations, on donne leurs solutions exactes et on détaille leurs liens avec les polynômes orthogonaux du tableau de Bannai-Ito. Dans la troisième partie, on caractérise deux familles de polynômes du tableau de Bannai-Ito: les polynômes de Bannai-Ito complémentaires et les polynômes de Chihara. On montre également que les polynômes de Bannai-Ito sont les coefficients de Racah de la superalgèbre osp(1,2). On détermine l’algèbre de symétrie des polynômes duaux -1 de Hahn dans le cadre du problème de Clebsch-Gordan de osp(1,2). On propose une q - généralisation des polynômes de Bannai-Ito en examinant le problème de Racah pour la superalgèbre quantique osp_q(1,2). Finalement, on montre que la q -algèbre de Bannai-Ito sert d’algèbre de covariance à osp_q(1,2). Dans la quatrième partie, on détermine le lien entre le recouplage de représentations des algèbres su(1,1) et osp(1,2) et les systèmes superintégrables du deuxième ordre avec ou sans réflexions. On étudie également les représentations des algèbres de Racah-Wilson et de Bannai-Ito. On montre aussi que l’algèbre de Racah-Wilson sert d’algèbre de covariance quadratique à l’algèbre de Lie sl(2). Dans la cinquième partie, on construit deux familles explicites de polynômes d-orthogonaux basées sur su(2). On étudie les états cohérents et comprimés de l’oscillateur fini et on caractérise une famille de polynômes multi-orthogonaux matriciels.