Elimination in Operator Algebras

A large class of special functions are solutions of systems of linear difference and differential equations with polynomial coefficients. For a given function, these equations considered as operator polynomials generate a left ideal in a noncommutative algebra called Ore algebra. This ideal with finitely many conditions characterizes the function uniquely so that Gröbner basis techniques can be applied. Many problems related to special functions which can be described by such ideals can be solved by performing elimination of appropriate noncommutative variables in these ideals. In this work, we mainly achieve the following: 1. We give an overview of the theoretical algebraic background as well as the algorithmic aspects of different methods using noncommutative Gröbner elimination techniques in Ore algebras in order to solve problems related to special functions. 2. We describe in detail algorithms which are based on Gröbner elimination techniques and perform the creative telescoping method for sums and integrals of special functions. 3. We investigate and compare these algorithms by illustrative examples which are performed by the computer algebra system Maple. This investigation has the objective to test how far noncommutative Gröbner elimination techniques may be efficiently applied to perform creative telescoping.

Identifikation spezieller Funktionen, die durch Rodriguesformeln gegeben sind

Es ist allgemein bekannt, dass sich zwei gegebene Systeme spezieller Funktionen durch Angabe einer Rekursionsgleichung und entsprechend vieler Anfangswerte identifizieren lassen, denn computeralgebraisch betrachtet hat man damit eine Normalform vorliegen. Daher hat sich die interessante Forschungsfrage ergeben, Funktionensysteme zu identifizieren, die über ihre Rodriguesformel gegeben sind. Zieht man den in den 1990er Jahren gefundenen Zeilberger-Algorithmus für holonome Funktionenfamilien hinzu, kann die Rodriguesformel algorithmisch in eine Rekursionsgleichung überführt werden. Falls die Funktionenfamilie überdies hypergeometrisch ist, sogar laufzeiteffizient. Um den Zeilberger-Algorithmus überhaupt anwenden zu können, muss es gelingen, die Rodriguesformel in eine Summe umzuwandeln. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Umwandlung einer Rodriguesformel in die genannte Normalform für den kontinuierlichen, den diskreten sowie den q-diskreten Fall vollständig. Das in Almkvist und Zeilberger (1990) angegebene Vorgehen im kontinuierlichen Fall, wo die in der Rodriguesformel auftauchende n-te Ableitung über die Cauchysche Integralformel in ein komplexes Integral überführt wird, zeigt sich im diskreten Fall nun dergestalt, dass die n-te Potenz des Vorwärtsdifferenzenoperators in eine Summenschreibweise überführt wird. Die Rekursionsgleichung aus dieser Summe zu generieren, ist dann mit dem diskreten Zeilberger-Algorithmus einfach. Im q-Fall wird dargestellt, wie Rekursionsgleichungen aus vier verschiedenen q-Rodriguesformeln gewonnen werden können, wobei zunächst die n-te Potenz der jeweiligen q-Operatoren in eine Summe überführt wird. Drei der vier Summenformeln waren bislang unbekannt. Sie wurden experimentell gefunden und per vollständiger Induktion bewiesen. Der q-Zeilberger-Algorithmus erzeugt anschließend aus diesen Summen die gewünschte Rekursionsgleichung. In der Praxis ist es sinnvoll, den schnellen Zeilberger-Algorithmus anzuwenden, der Rekursionsgleichungen für bestimmte Summen über hypergeometrische Terme ausgibt. Auf dieser Fassung des Algorithmus basierend wurden die Überlegungen in Maple realisiert. Es ist daher sinnvoll, dass alle hier aufgeführten Prozeduren, die aus kontinuierlichen, diskreten sowie q-diskreten Rodriguesformeln jeweils Rekursionsgleichungen erzeugen, an den hypergeometrischen Funktionenfamilien der klassischen orthogonalen Polynome, der klassischen diskreten orthogonalen Polynome und an der q-Hahn-Klasse des Askey-Wilson-Schemas vollständig getestet werden. Die Testergebnisse liegen tabellarisch vor. Ein bedeutendes Forschungsergebnis ist, dass mit der im q-Fall implementierten Prozedur zur Erzeugung einer Rekursionsgleichung aus der Rodriguesformel bewiesen werden konnte, dass die im Standardwerk von Koekoek/Lesky/Swarttouw(2010) angegebene Rodriguesformel der Stieltjes-Wigert-Polynome nicht korrekt ist. Die richtige Rodriguesformel wurde experimentell gefunden und mit den bereitgestellten Methoden bewiesen. Hervorzuheben bleibt, dass an Stelle von Rekursionsgleichungen analog Differential- bzw. Differenzengleichungen für die Identifikation erzeugt wurden. Wie gesagt gehört zu einer Normalform für eine holonome Funktionenfamilie die Angabe der Anfangswerte. Für den kontinuierlichen Fall wurden umfangreiche, in dieser Gestalt in der Literatur noch nie aufgeführte Anfangswertberechnungen vorgenommen. Im diskreten Fall musste für die Anfangswertberechnung zur Differenzengleichung der Petkovsek-van-Hoeij-Algorithmus hinzugezogen werden, um die hypergeometrischen Lösungen der resultierenden Rekursionsgleichungen zu bestimmen. Die Arbeit stellt zu Beginn den schnellen Zeilberger-Algorithmus in seiner kontinuierlichen, diskreten und q-diskreten Variante vor, der das Fundament für die weiteren Betrachtungen bildet. Dabei wird gebührend auf die Unterschiede zwischen q-Zeilberger-Algorithmus und diskretem Zeilberger-Algorithmus eingegangen. Bei der praktischen Umsetzung wird Bezug auf die in Maple umgesetzten Zeilberger-Implementationen aus Koepf(1998/2014) genommen. Die meisten der umgesetzten Prozeduren werden im Text dokumentiert. Somit wird ein vollständiges Paket an Algorithmen bereitgestellt, mit denen beispielsweise Formelsammlungen für hypergeometrische Funktionenfamilien überprüft werden können, deren Rodriguesformeln bekannt sind. Gleichzeitig kann in Zukunft für noch nicht erforschte hypergeometrische Funktionenklassen die beschreibende Rekursionsgleichung erzeugt werden, wenn die Rodriguesformel bekannt ist.

Diseño de una interface entre un programa de cálculo simbólico y un programa CAD : aplicación al caso de modelado geométrico y modelado de caras.

El objetivo de este trabajo es el diseño de una interface entre un programa de cálculo simbólico y uno de CAD y su aplicación al caso de modelado geométrico y modelado de caras. El libro, se divide en tres capítulos: curvas en 2D, curvas en 3D y superficies. Dado que existen programas de cálculo simbólico que representan sus curvas, resultará favorable captar el fichero de puntos producido por dicho programa y, con los tratamientos convenientes, transformarlo en una lista susceptible de ser leída desde un programa CAD, los puntos trasvasados serán los vértices de una polilínea que posteriormente adaptada representará la curva en cuestión. Y, siguiendo un proceso análogo, también será posible obtener el fichero de puntos de una superficie. Para desarrollar esta aplicación, se ha elegido como programa de cálculo simbólico Maple V2, y como programa CAD, AUTOCAD V12.

Sumas de Riemann con sistemas de cálculo simbólico.

Resumen basado en el de la publicación

La demostración y los sistemas de cálculo simbólico.

Resumen basado en el de la publicación

Aproximaciones de las raíces cuadradas.

Aproximación al estudio de las raíces cuadradas. Se muestran modos de acercarse a su cálculo. La primera tiene en cuenta el punto de vista geométrico, donde hallar la raíz cuadrada de un número equivale a determinar el lado de un cuadrado del área dada. Estas aproximaciones se conocen como babilónicas. El segundo planteamiento toma como referencia las fracciones contínuas. La aproximación con esta variable matemática se toma como más óptima que la anterior. Al final se incluye un anexo con la utilización del programa Maple, para el uso de las aproximaciones babilónicas.

Estrategias procuradas por las nuevas tecnologías como prevención al fracaso universitario en Matemáticas.

Realizado en la Escuela de Arquitectura de la Universidad de Valladolid, por 6 profesores del centro, para las asignaturas de Matemáticas II y Desarrollo del Pensamiento Matemático y su Didáctica I, del segundo curso de Arquitectura y del primero de Maestro Especialista en Educación Infantil, respectivamente. El proyecto contemplaba un cambio en la metodología de la enseñanza y el aprendizaje de dichas asignaturas. Este cambio se basaría en el empleo de herramientas proporcionadas por las nuevas tecnologías y conllevaría la elaboración de materiales y recursos didácticos adaptados a este nuevo enfoque. Se ha diseñado una amplia colección de actividades para ser abordadas con las herramientas conceptuales explicadas por el profesor y resueltas finalmente con la ayuda del ordenador (MAPLE), con el objetivo de mitigar el proceso creciente de fracaso escolar en materias relacionadas con matemáticas. Por necesidades del Plan de Organización se ha desarrollado el proyecto en dos asignaturas más: Estadística de Ingenierías Agrarias de Soria y Matemáticas I de Arquitectura en Valladolid. El equipo considera los resultados muy positivos por lo ventajoso que resulta introducir las nuevas tecnologías para la docencia de asignaturas teóricas con escasos créditos y por el creciente interés que despierta este tipo de asignaturas en el alumnado.

El laboratorio de Matemáticas : un reto pendiente.

El proyecto se realiza en la Escuela Politécnica Superior de Burgos (E.P.S), lugar donde trabajan los 16 profesores del Grupo de Didáctica de las Matemáticas en las Escuelas Técnicas de la UBU. Los objetivos son: motivación del profesorado para que dedique una parte importante de su labor a la mejora de la calidad de su tarea docente, utilización de las nuevas tecnologías, contextualización de las Matemáticas en las asignaturas de Ingeniería, puesta en marcha del laboratorio de Matemáticas en las 7 titulaciones de la (E.P.S.), potenciación y actualización de los recursos informáticos, intercambio de experiencias y campos de aplicación con otros grupos de profesores, áreas de conocimiento, niveles de enseñanza, etc. El sistema de trabajo llevado a cabo consiste en reuniones de los profesores que integran el proyecto, contactos con los profesores de las asignaturas de Ingeniería, asistencia a congresos, elaboración y revisión constante de las prácticas de laboratorio. Para el desarrollo del proyecto comenzamos desarrollando prácticas con el programa Derive en el ámbito de las asignaturas troncales de los primeros cursos. Para las asignaturas de Estadística las prácticas se han desarrollado con statgraphics y se han consolidado en 5 asignaturas. En las asignaturas con contenidos de Análisis Numérico hemos introducido Matlab para el numérico y Derive y Maple para el simbólico. Los ámbitos en que ha incidido la experiencia, son además de en E.P.S. de Burgos, en las comunicaciones del VI Congreso Regional Castellano-Leonés de Educación Matemática (2000), Las X Jornadas para el Aprendizaje y la Enseñanza de las Matemáticas (J A E M - 1001), y en los Cursos de Especialización para profesores de Enseñanzas Medias (2001). Dentro de los resultados obtenidos hemos observado una disminución del fracaso escolar, se ha puesto en marcha del laboratorio, enunciado de problemas y las prácticas de laboratorio, generación de software para el aprendizaje. Los materiales utilizados, son principalmente Software: DERIVE, STATGRAPHICS, MATLAB Y MATHEMATICA. No se han publicado los resultados. Sí aparecen publicadas las 12 comunicaciones a congresos en las actas correspondientes.

La enseñanza y aprendizaje del análisis matemático haciendo uso de CAS (computer algebra system).

Se presentan dos investigaciones sobre la enseñanza y el aprendizaje de la integral definida y la integral impropia. Se destacan los aspectos relacionados con el uso de los CAS (Computer Algebra System) Derive y Maple. Se hace incapié en el papel que ha jugado cada uno de ellos en la investigación.

Food-chain transfer of zinc from contaminated Urtica dioica and Acer pseudoplatanus L. to Microlophium carnosum and Drepanosiphum platanoidis Schrank

This study examines the food-chain transfer of Zn from two plant species, Urtica dioica (stinging nettle) and Acer pseudoplatanus (sycamore maple), into their corresponding aphid species, Microlophium carnosum and Drepanosiphum platanoidis. The plants were grown in a hydroponic system using solutions with increasing concentrations of Zn from 0.02 to 41.9 mg Zn/l. Above-ground tissue concentrations in U. dioica and M. carnosum increased with increasing Zn exposure (p < 0.001). Zn concentrations in A. pseudoplatanus also increased with solution concentration from the control to the 9.8 mg Zn/l solution, above which concentrations remained constant. Zn concentrations in both D. platanoidis and the phloem tissue of A. pseudoplatanus were not affected by the Zn concentration in the watering solution. It appears that A. pseudoplatanus was able to limit Zn transport in the phloem, resulting in constant Zn exposure to the aphids. Zn concentrations in D. platanoidis were around three times those in M. carnosum. Concentrations of Zn in two aphid species are dependant on species and exposure.

Persistence of varicella-zoster virus viraemia in patients with herpes zoster.

BACKGROUND: Herpes zoster is caused by the reactivation of varicella-zoster virus from sensory neurons. The commonest complication following zoster is chronic pain termed post herpetic neuralgia. OBJECTIVES: To investigate the dynamics of VZV viraemia and viral load following the resolution of zoster and its relationship to PHN development. STUDY DESIGN: Blood samples were collected at baseline, 1 month, 3 months and 6 month from a prospective study of 63 patients with active zoster. Quantification of VZV DNA in whole blood was performed using a real-time PCR assay. RESULTS: During acute zoster, all patients had detectable VZV DNA in their blood. VZV DNA remained detectable in the blood of 91% of patients at 6 months although levels declined significantly (p<0.0001). A history of prodromal symptoms (p=0.005) and severity of pain at baseline (p=0.038) as well as taking antivirals (p=0.046) and being immunocompromised (p=0.043) were associated, with longer time to recovery from PHN. Viral DNA loads were consistently higher in patients with risk factors for PHN and higher viral DNA loads over time were associated with longer time to recovery (p=0.058 overall and 0.038 in immunocompetent). CONCLUSIONS: Based on these observations we hypothesise that VZV replication persists following acute shingles and that higher viral DNA loads contribute to the risk factors for PHN.

Evaluation of the time resolved fluorescence immunoassay (TRFIA) for the detection of varicella zoster virus (VZV) antibodies following vaccination of healthcare workers

Determination of varicella zoster virus (VZV) immunity in healthcare workers without a history of chickenpox is important for identifying those in need of vOka vaccination. Post immunisation, healthcare workers in the UK who work with high risk patients are tested for seroconversion. To assess the performance of the time-resolved fluorescence immunoassay (TRFIA) for the detection of antibody in vaccinated as well as unvaccinated individuals, a cut-off was first calculated. VZV-IgG specific avidity and titres six weeks after the first dose of vaccine were used to identify subjects with pre-existing immunity among a cohort of 110 healthcare workers. Those with high avidity (≥60%) were considered to have previous immunity to VZV and those with low or equivocal avidity (<60%) were considered naive. The former had antibody levels ≥400mIU/mL and latter had levels <400mIU/mL. Comparison of the baseline values of the naive and immune groups allowed the estimation of a TRFIA cut-off value of >130mIU/mL which best discriminated between the two groups and this was confirmed by ROC analysis. Using this value, the sensitivity and specificity of TRFIA cut-off were 90% (95% CI 79-96), and 78% (95% CI 61-90) respectively in this population. A subset of samples tested by the gold standard Fluorescence Antibody to Membrane Antigen (FAMA) test showed 84% (54/64) agreement with TRFIA.

Recent work at the Lower Palaeolithic site of Corfe Mullen, Dorset, England

Changes in the geological interpretation of the history of the ancient Solent river basin have focused attention on the handaxes discovered in the Corfe Mullen area during quarrying before the Second World War. Recent geological research suggests that the fluvial terrace the handaxes are associated with may pre-date the Anglian glaciation. This is important because it contributes to the question of just when the Solent basin was first occupied by hominins, and how this relates to other areas of possible contemporary pre-Anglian occupation such as the Boxgrove Marine embayment. However, the artefacts were believed to come from the bluff of the river terrace and were thus not in situ. This paper explores that question and re-examines the context from which the handaxes at Corfe Mullen were discovered.

Influence of light guide tip used in the photo-activation on degree of conversion and hardness of one nanofilled dental composite

The aim of this study was to evaluate the degree of conversion and hardness of a dental composite resin Filtek (TM) Z-350 (3M ESPE, Dental Products St. Paul, MN) photo-activated for 20 s of irradiation time with two different light guide tips, metal and polymer, coupled on blue LED Ultraled LCU (Dabi Atlante, SP, Brazil). With the metal light tip, power density was of 352 and with the polymer was of 456 mW/cm(2), respectively. Five samples (4 mm in diameter and 2mm in thickness-ISO 4049), were made for each Group evaluated. The measurements for DC (%) were made in a Nexus-470 FT-IR, Thermo Nicolet, E.U.A. Spectroscopy (FTIR). Spectra for both uncured and cured samples were analyzed using an accessory of reflectance diffuse. The measurements were recorded in absorbance operating under the following conditions: 32 scans, 4 cm(-1) resolution, 300-4000 cm(-1) wavelength. The percentage of unreacted carbon double bonds (% C=C) was determined from the ratio of absorbance intensities of aliphatic C=C (peak at 1637 cm(-1)) against internal standard before and after curing of the sample: aromatic C-C (peak at 1610 cm(-1)). The Vickers hardness measurements (top and bottom surfaces) were performed in a universal testing machine (Buehler MMT-3 digital microhardness tester Lake Bluff, Illinois USA). A 50 gf load was used and the indenter with a dwell time of 30 s. The data were submitted to the test t Student at significance level of 5%. The mean values of degree of conversion for the polymer and metal light guide tip no were statistically different (p = 0.8389). The hardness mean values were no statistically significant different among the light guide tips (p = 0.6244), however, there was difference between top and bottom surfaces (p < 0.001). The results show that so much the polymer light tip as the metal light tip can be used for the photo-activation, probably for the low quality of the light guide tip metal.

O método de divisão-e-conquista na solução de auto-sistemas de matrizes simétricas

O presente trabalho apresenta um estudo do método de divisão-e-conquista para solução dos auto-sistemas de matrizes tridiagonais simétricas. Inicialmente, explanamos a parte teórica, e posteriormente, por meio de exemplos numéricos mostramos seu funcionamento. Para a realização deste estudo, utilizou-se o software Maple como ferramenta auxiliar. Realizamos comparações e análises dos auto-sistemas encontrados com as rotinas DSTEDC e DSTEQR do LAPACK, que utilizam respectivamente o método de divisão-e-conquista e o método QR e também comparamos estes com os resultados encontrados por nós. Verificamos por meio de testes os tempos, que as rotinas citadas, dispendem na resolução de alguns auto-sistemas. Os resultados apresentados mostram que o método de Divisão-e-Conquista é competitivo com o método tradicional, QR, para o cálculo de autovalores e autovetores de matrizes tridiagonais simétricas.