Integrability and exact solution for coupled BCS systems associated with the su(4) Lie algebra

We introduce an integrable model for two coupled BCS systems through a solution of the Yang-Baxter equation associated with the Lie algebra su(4). By employing the algebraic Bethe ansatz, we determine the exact solution for the energy spectrum. An asymptotic analysis is conducted to determine the leading terms in the ground state energy, the gap and some one point correlation functions at zero temperature. (C) 2002 Published by Elsevier Science B.V.

Integrable variant of the one-dimensional Hubbard model

A new integrable model which is a variant of the one-dimensional Hubbard model is proposed. The integrability of the model is verified by presenting the associated quantum R-matrix which satisfies the Yang-Baxter equation. We argue that the new model possesses the SO(4) algebra symmetry, which contains a representation of the eta-pairing SU(2) algebra and a spin SU(2) algebra. Additionally, the algebraic Bethe ansatz is studied by means of the quantum inverse scattering method. The spectrum of the Hamiltonian, eigenvectors, as well as the Bethe ansatz equations, are discussed. (C) 2002 American Institute of Physics.

The three-way intersection problem for latin squares

The set of integers k for which there exist three latin squares of order n having precisely k cells identical, with their remaining n(2) - k cells different in all three latin squares, denoted by I-3[n], is determined here for all orders n. In particular, it is shown that I-3[n] = {0,...,n(2) - 15} {n(2) - 12,n(2) - 9,n(2)} for n greater than or equal to 8. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Automatic construction of explicit R matrices for the one-parameter families of irreducible typical highest weight (0(m)vertical bar alpha(n)) representations of U-q[gl(m vertical bar n)]

We detail the automatic construction of R matrices corresponding to (the tensor products of) the (O-m\alpha(n)) families of highest-weight representations of the quantum superalgebras Uq[gl(m\n)]. These representations are irreducible, contain a free complex parameter a, and are 2(mn)-dimensional. Our R matrices are actually (sparse) rank 4 tensors, containing a total of 2(4mn) components, each of which is in general an algebraic expression in the two complex variables q and a. Although the constructions are straightforward, we describe them in full here, to fill a perceived gap in the literature. As the algorithms are generally impracticable for manual calculation, we have implemented the entire process in MATHEMATICA; illustrating our results with U-q [gl(3\1)]. (C) 2002 Published by Elsevier Science B.V.

Trade spectra of complete partite graphs

The trade spectrum of a graph G is essentially the set of all integers t for which there is a graph H whose edges can be partitioned into t copies of G in two entirely different ways. In this paper we determine the trade spectrum of complete partite graphs, in all but a few cases.

Factorizations of and by powers of complete graphs

Let K-k(d) denote the Cartesian product of d copies of the complete graph K-k. We prove necessary and sufficient conditions for the existence of a K-k(r)-factorization of K-pn(s), where p is prime and k > 1, n, r and s are positive integers. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Supersymmetric t-J Gaudin models and KZ equations

Supersymmetric t-J Gaudin models with open boundary conditions are investigated by means of the algebraic Bethe ansatz method. Off-shell Bethe ansatz equations of the boundary Gaudin systems are derived, and used to construct and solve the KZ equations associated with sl (2\1)((1)) superalgebra.

A four-stage index 2 Diagonally Implicit Runge-Kutta method

High index Differential Algebraic Equations (DAEs) force standard numerical methods to lower order. Implicit Runge-Kutta methods such as RADAU5 handle high index problems but their fully implicit structure creates significant overhead costs for large problems. Singly Diagonally Implicit Runge-Kutta (SDIRK) methods offer lower costs for integration. This paper derives a four-stage, index 2 Explicit Singly Diagonally Implicit Runge-Kutta (ESDIRK) method. By introducing an explicit first stage, the method achieves second order stage calculations. After deriving and solving appropriate order conditions., numerical examples are used to test the proposed method using fixed and variable step size implementations. (C) 2001 IMACS. Published by Elsevier Science B.V. All rights reserved.

A note on quasi-stationary distributions of birth-death processes and the SIS logistic epidemic

For Markov processes on the positive integers with the origin as an absorbing state, Ferrari, Kesten, Martinez and Picco studied the existence of quasi-stationary and limiting conditional distributions by characterizing quasi-stationary distributions as fixed points of a transformation Phi on the space of probability distributions on {1, 2,.. }. In the case of a birth-death process, the components of Phi(nu) can be written down explicitly for any given distribution nu. Using this explicit representation, we will show that Phi preserves likelihood ratio ordering between distributions. A conjecture of Kryscio and Lefevre concerning the quasi-stationary distribution of the SIS logistic epidemic follows as a corollary.

Factorizations of the complete graph into C-5-factors and 1-factors

In this paper, we show that K-10n can be factored into alpha C-5-factors and beta 1-factors for all non-negative integers alpha and beta satisfying 2alpha + beta = 10(n) - 1.

Exact results for a tunnel-coupled pair of trapped Bose-Einstein condensates

A model describing coherent quantum tunnelling between two trapped Bose-Einstein condensates is discussed. It is not well known that the model admits an exact solution, obtained some time ago, with the energy spectrum derived through the algebraic Bethe ansatz. An asymptotic analysis of the Bethe ansatz equations leads us to explicit expressions for the energies of the ground and the first excited states in the limit of weak tunnelling and all energies for strong tunnelling. The results are used to extract the asymptotic limits of the quantum fluctuations of the boson number difference between the two Bose-Einstein condensates and to characterize the degree of coherence in the system.

Modelagem da dispersão de odores em ambientes urbanos

O presente trabalho investigou o problema da modelagem da dispersão de compostos odorantes em presença de obstáculos (cúbicos e com forma complexa) sob condição de estabilidade atmosférica neutra. Foi empregada modelagem numérica baseada nas equações de transporte (CFD1) bem como em modelos algébricos baseados na pluma Gausseana (AERMOD2, CALPUFF3 e FPM4). Para a validação dos resultados dos modelos e a avaliação do seu desempenho foram empregados dados de experimentos em túnel de vento e em campo. A fim de incluir os efeitos da turbulência atmosférica na dispersão, dois diferentes modelos de sub-malha associados à Simulação das Grandes Escalas (LES5) foram investigados (Smagorinsky dinâmico e WALE6) e, para a inclusão dos efeitos de obstáculos na dispersão nos modelos Gausseanos, foi empregado o modelo PRIME7. O uso do PRIME também foi proposto para o FPM como uma inovação. De forma geral, os resultados indicam que o uso de CFD/LES é uma ferramenta útil para a investigação da dispersão e o impacto de compostos odorantes em presença de obstáculos e também para desenvolvimento dos modelos Gausseanos. Os resultados também indicam que o modelo FPM proposto, com a inclusão dos efeitos do obstáculo baseado no PRIME também é uma ferramenta muito útil em modelagem da dispersão de odores devido à sua simplicidade e fácil configuração quando comparado a modelos mais complexos como CFD e mesmo os modelos regulatórios AERMOD e CALPUFF. A grande vantagem do FPM é a possibilidade de estimar-se o fator de intermitência e a relação pico-média (P/M), parâmetros úteis para a avaliação do impacto de odores. Os resultados obtidos no presente trabalho indicam que a determinação dos parâmetros de dispersão para os segmentos de pluma, bem como os parâmetros de tempo longo nas proximidades da fonte e do obstáculo no modelo FPM pode ser melhorada e simulações CFD podem ser usadas como uma ferramenta de desenvolvimento para este propósito. Palavras chave: controle de odor, dispersão, fluidodinâmica computacional, modelagem matemática, modelagem gaussiana de pluma flutuante, simulação de grandes vórtices (LES).

Variabilidade espacial e temporal de atributos químicos do solo em povoamento de eucalipto

Nos anos mais recentes, observa-se aumento na adoção das técnicas de silvicultura de precisão em florestas plantadas no Brasil. Os plantios de eucalipto ocorrem preferencialmente em áreas com baixa fertilidade de solo e consequentemente baixa produtividade. Logo, para otimizar ao máximo a produção, é necessário saber o quanto essa cultura pode produzir em cada local (sítio). Objetivou-se aplicar uma metodologia que utiliza técnicas de estatística, geoestatística e geoprocessamento, no mapeamento da variabilidade espacial e temporal de atributos químicos do solo cultivado com eucalipto, em área de 10,09 ha, situada no sul do estado do Espírito Santo. Os atributos químicos da fertilidade do solo estudados foram: fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca) e magnésio (Mg), no ano da implantação do povoamento do eucalipto, em 2008, e três anos após, em 2011. O solo foi amostrado em duas profundidades, 0-0,2 m e 0,2-0,4 m, nos 94 pontos de uma malha regular, com extensão de 33 x 33 m. Os dados foram analisados pela estatística descritiva e, em seguida, pela geoestatística, por meio do ajuste de semivariogramas. Diferentes métodos de interpolação foram testados para produzir mapas temáticos mais precisos e facilitar as operações algébricas utilizadas. Com o auxílio de índices quantitativos, realizou-se uma análise geral da fertilidade do solo, por meio da álgebra de mapas. A metodologia utilizada neste estudo possibilitou mapear a variabilidade espacial e temporal de atributos químicos do solo. A análise variográfica mostrou que todos os atributos estudados apresentaram-se estruturados espacialmente, exceto para o atributo P, no Ano Zero (camada 0-0,2 m) e no Ano Três (ambas as camadas). Os melhores métodos de interpolação para o mapeamento de cada atributo químico do solo foram identificados com a ajuda gráfica do Diagrama de Taylor. Mereceram destaque, os modelos esférico e exponencial nas interpolações para a maioria dos atributos químicos do solo avaliados. Apesar de a variação espacial e temporal dos atributos estudados apresentar-se, em média, com pequena variação negativa, a metodologia usada mostrou variações positivas na fertilidade do solo em várias partes da área de estudo. Além disso, os resultados demonstram que os efeitos observados são majoritariamente em função da cultura, uma vez que não foram coletadas amostras de solo em locais adubados. A produtividade do sítio florestal apresentou-se com tendências semelhantes às variações ocorridas na fertilidade do solo, exceto para o magnésio, que se mostrou com tendências espaciais para suporte de elevadas produtividades, de até 50 m3 ha-1 ano-1. Além de mostrar claramente as tendências observadas para as variações na fertilidade do solo, a metodologia utilizada confirma um caminho operacional acessível para empresas e produtores florestais para o manejo nutricional em florestas plantadas. O uso dos mapas facilita a mobilização de recursos para melhorar a aplicação de fertilizantes e corretivos necessários.

Contrasts in the basins of attraction of structurally identical iterative root finding methods

A numerical comparison is performed between three methods of third order with the same structure, namely BSC, Halley’s and Euler–Chebyshev’s methods. As the behavior of an iterative method applied to a nonlinear equation can be highly sensitive to the starting points, the numerical comparison is carried out, allowing for complex starting points and for complex roots, on the basins of attraction in the complex plane. Several examples of algebraic and transcendental equations are presented.

Surgical correction of scoliosis: Numerical analysis and optimization of the procedure

A previously developed model is used to numerically simulate real clinical cases of the surgical correction of scoliosis. This model consists of one-dimensional finite elements with spatial deformation in which (i) the column is represented by its axis; (ii) the vertebrae are assumed to be rigid; and (iii) the deformability of the column is concentrated in springs that connect the successive rigid elements. The metallic rods used for the surgical correction are modeled by beam elements with linear elastic behavior. To obtain the forces at the connections between the metallic rods and the vertebrae geometrically, non-linear finite element analyses are performed. The tightening sequence determines the magnitude of the forces applied to the patient column, and it is desirable to keep those forces as small as possible. In this study, a Genetic Algorithm optimization is applied to this model in order to determine the sequence that minimizes the corrective forces applied during the surgery. This amounts to find the optimal permutation of integers 1, ... , n, n being the number of vertebrae involved. As such, we are faced with a combinatorial optimization problem isomorph to the Traveling Salesman Problem. The fitness evaluation requires one computing intensive Finite Element Analysis per candidate solution and, thus, a parallel implementation of the Genetic Algorithm is developed.