Transport processes in one component plasmas using Landau equation

A system of transport equations have been obtained for plasma of electrons and having a background of positive ions in the presence of an electric and magnetic field. The starting kinetic equation is the well-known Landau kinetic equation. The distribution function of the kinetic equation has been expanded in powers of generalized Hermite polynomials and following Grad, a consistent set of transport equations have been obtained. The expressions for viscosity and heat conductivity have been deduced from the transport equation.

Velocity resolved - scalar modeled simulations of high Schmidt number turbulent transport

The objective of this thesis is to develop a framework to conduct velocity resolved - scalar modeled (VR-SM) simulations, which will enable accurate simulations at higher Reynolds and Schmidt (Sc) numbers than are currently feasible. The framework established will serve as a first step to enable future simulation studies for practical applications. To achieve this goal, in-depth analyses of the physical, numerical, and modeling aspects related to Sc>>1 are presented, specifically when modeling in the viscous-convective subrange. Transport characteristics are scrutinized by examining scalar-velocity Fourier mode interactions in Direct Numerical Simulation (DNS) datasets and suggest that scalar modes in the viscous-convective subrange do not directly affect large-scale transport for high Sc. Further observations confirm that discretization errors inherent in numerical schemes can be sufficiently large to wipe out any meaningful contribution from subfilter models. This provides strong incentive to develop more effective numerical schemes to support high Sc simulations. To lower numerical dissipation while maintaining physically and mathematically appropriate scalar bounds during the convection step, a novel method of enforcing bounds is formulated, specifically for use with cubic Hermite polynomials. Boundedness of the scalar being transported is effected by applying derivative limiting techniques, and physically plausible single sub-cell extrema are allowed to exist to help minimize numerical dissipation. The proposed bounding algorithm results in significant performance gain in DNS of turbulent mixing layers and of homogeneous isotropic turbulence. Next, the combined physical/mathematical behavior of the subfilter scalar-flux vector is analyzed in homogeneous isotropic turbulence, by examining vector orientation in the strain-rate eigenframe. The results indicate no discernible dependence on the modeled scalar field, and lead to the identification of the tensor-diffusivity model as a good representation of the subfilter flux. Velocity resolved - scalar modeled simulations of homogeneous isotropic turbulence are conducted to confirm the behavior theorized in these a priori analyses, and suggest that the tensor-diffusivity model is ideal for use in the viscous-convective subrange. Simulations of a turbulent mixing layer are also discussed, with the partial objective of analyzing Schmidt number dependence of a variety of scalar statistics. Large-scale statistics are confirmed to be relatively independent of the Schmidt number for Sc>>1, which is explained by the dominance of subfilter dissipation over resolved molecular dissipation in the simulations. Overall, the VR-SM framework presented is quite effective in predicting large-scale transport characteristics of high Schmidt number scalars, however, it is determined that prediction of subfilter quantities would entail additional modeling intended specifically for this purpose. The VR-SM simulations presented in this thesis provide us with the opportunity to overlap with experimental studies, while at the same time creating an assortment of baseline datasets for future validation of LES models, thereby satisfying the objectives outlined for this work.

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.

Duplication coefficients via generating functions

In this paper, we solve the duplication problem P_n(ax) = sum_{m=0}^{n}C_m(n,a)P_m(x) where {P_n}_{n>=0} belongs to a wide class of polynomials, including the classical orthogonal polynomials (Hermite, Laguerre, Jacobi) as well as the classical discrete orthogonal polynomials (Charlier, Meixner, Krawtchouk) for the specific case a = −1. We give closed-form expressions as well as recurrence relations satisfied by the duplication coefficients.

Statistical treatment of grain-size curves and empirical distributions: densities as compositions?

The preceding two editions of CoDaWork included talks on the possible consideration of densities as infinite compositions: Egozcue and D´ıaz-Barrero (2003) extended the Euclidean structure of the simplex to a Hilbert space structure of the set of densities within a bounded interval, and van den Boogaart (2005) generalized this to the set of densities bounded by an arbitrary reference density. From the many variations of the Hilbert structures available, we work with three cases. For bounded variables, a basis derived from Legendre polynomials is used. For variables with a lower bound, we standardize them with respect to an exponential distribution and express their densities as coordinates in a basis derived from Laguerre polynomials. Finally, for unbounded variables, a normal distribution is used as reference, and coordinates are obtained with respect to a Hermite-polynomials-based basis. To get the coordinates, several approaches can be considered. A numerical accuracy problem occurs if one estimates the coordinates directly by using discretized scalar products. Thus we propose to use a weighted linear regression approach, where all k- order polynomials are used as predictand variables and weights are proportional to the reference density. Finally, for the case of 2-order Hermite polinomials (normal reference) and 1-order Laguerre polinomials (exponential), one can also derive the coordinates from their relationships to the classical mean and variance. Apart of these theoretical issues, this contribution focuses on the application of this theory to two main problems in sedimentary geology: the comparison of several grain size distributions, and the comparison among different rocks of the empirical distribution of a property measured on a batch of individual grains from the same rock or sediment, like their composition

A reaction surface Hamiltonian study of malonaldehyde

We report calculations using a reaction surface Hamiltonian for which the vibrations of a molecule are represented by 3N-8 normal coordinates, Q, and two large amplitude motions, s(1) and s(2). The exact form of the kinetic energy operator is derived in these coordinates. The potential surface is first represented as a quadratic in Q, the coefficients of which depend upon the values of s(1),s(2) and then extended to include up to Q(6) diagonal anharmonic terms. The vibrational energy levels are evaluated by solving the variational secular equations, using a basis of products of Hermite polynomials and appropriate functions of s(1),s(2). Our selected example is malonaldehyde (N=9) and we choose as surface parameters two OH distances of the migrating H in the internal hydrogen transfer. The reaction surface Hamiltonian is ideally suited to the study of the kind of tunneling dynamics present in malonaldehyde. Our results are in good agreement with previous calculations of the zero point tunneling splitting and in general agreement with observed data. Interpretation of our two-dimensional reaction surface states suggests that the OH stretching fundamental is incorrectly assigned in the infrared spectrum. This mode appears at a much lower frequency in our calculations due to substantial transition state character. (c) 2006 American Institute of Physics.

Landau and Kolmogoroff type polynomial inequalities

Let 0polynomials of degree not exceeding n).For the particular case j=1 and m=2, we provide a complete characterisation of the positive constants A and B, for which the corresponding Landau type polynomial inequalities parallel to f'parallel to less than or equal toA parallel to f parallel to + B parallel to f parallel to/ A theta(k) + B mu(k)hold. In each case we determine the corresponding extremal polynomials for which equalities are attained.

Sintetizador analógico de sinais ortogonais: projeto e construção usando tecnologia CMOS

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Definite integrals and operational methods

An operational method, already employed to formulate a generalization of the Ramanujan master theorem, is applied to the evaluation of integrals of various types. This technique provides a very flexible and powerful tool yielding new results encompassing different aspects of the special function theory. Crown Copyright (C) 2012 Published by Elsevier Inc. All rights reserved.

A moment symbolic representation of Lévy processes with applications

By using a symbolic method, known in the literature as the classical umbral calculus, a symbolic representation of Lévy processes is given and a new family of time-space harmonic polynomials with respect to such processes, which includes and generalizes the exponential complete Bell polynomials, is introduced. The usefulness of time-space harmonic polynomials with respect to Lévy processes is that it is a martingale the stochastic process obtained by replacing the indeterminate x of the polynomials with a Lévy process, whereas the Lévy process does not necessarily have this property. Therefore to find such polynomials could be particularly meaningful for applications. This new family includes Hermite polynomials, time-space harmonic with respect to Brownian motion, Poisson-Charlier polynomials with respect to Poisson processes, Laguerre and actuarial polynomials with respect to Gamma processes , Meixner polynomials of the first kind with respect to Pascal processes, Euler, Bernoulli, Krawtchuk, and pseudo-Narumi polynomials with respect to suitable random walks. The role played by cumulants is stressed and brought to the light, either in the symbolic representation of Lévy processes and their infinite divisibility property, either in the generalization, via umbral Kailath-Segall formula, of the well-known formulae giving elementary symmetric polynomials in terms of power sum symmetric polynomials. The expression of the family of time-space harmonic polynomials here introduced has some connections with the so-called moment representation of various families of multivariate polynomials. Such moment representation has been studied here for the first time in connection with the time-space harmonic property with respect to suitable symbolic multivariate Lévy processes. In particular, multivariate Hermite polynomials and their properties have been studied in connection with a symbolic version of the multivariate Brownian motion, while multivariate Bernoulli and Euler polynomials are represented as powers of multivariate polynomials which are time-space harmonic with respect to suitable multivariate Lévy processes.

Introductory Mathematics for Quantum Chemistry

An elementary discussion of some of the mathematics employed in studying Quantum Chemistry in a style appropriate for persons who have not taken advanced mathematical instruction.

Sur les tests lisses d'ajustement dans le context des series chronologiques

La plupart des modèles en statistique classique repose sur une hypothèse sur la distribution des données ou sur une distribution sous-jacente aux données. La validité de cette hypothèse permet de faire de l’inférence, de construire des intervalles de confiance ou encore de tester la fiabilité du modèle. La problématique des tests d’ajustement vise à s’assurer de la conformité ou de la cohérence de l’hypothèse avec les données disponibles. Dans la présente thèse, nous proposons des tests d’ajustement à la loi normale dans le cadre des séries chronologiques univariées et vectorielles. Nous nous sommes limités à une classe de séries chronologiques linéaires, à savoir les modèles autorégressifs à moyenne mobile (ARMA ou VARMA dans le cas vectoriel). Dans un premier temps, au cas univarié, nous proposons une généralisation du travail de Ducharme et Lafaye de Micheaux (2004) dans le cas où la moyenne est inconnue et estimée. Nous avons estimé les paramètres par une méthode rarement utilisée dans la littérature et pourtant asymptotiquement efficace. En effet, nous avons rigoureusement montré que l’estimateur proposé par Brockwell et Davis (1991, section 10.8) converge presque sûrement vers la vraie valeur inconnue du paramètre. De plus, nous fournissons une preuve rigoureuse de l’inversibilité de la matrice des variances et des covariances de la statistique de test à partir de certaines propriétés d’algèbre linéaire. Le résultat s’applique aussi au cas où la moyenne est supposée connue et égale à zéro. Enfin, nous proposons une méthode de sélection de la dimension de la famille d’alternatives de type AIC, et nous étudions les propriétés asymptotiques de cette méthode. L’outil proposé ici est basé sur une famille spécifique de polynômes orthogonaux, à savoir les polynômes de Legendre. Dans un second temps, dans le cas vectoriel, nous proposons un test d’ajustement pour les modèles autorégressifs à moyenne mobile avec une paramétrisation structurée. La paramétrisation structurée permet de réduire le nombre élevé de paramètres dans ces modèles ou encore de tenir compte de certaines contraintes particulières. Ce projet inclut le cas standard d’absence de paramétrisation. Le test que nous proposons s’applique à une famille quelconque de fonctions orthogonales. Nous illustrons cela dans le cas particulier des polynômes de Legendre et d’Hermite. Dans le cas particulier des polynômes d’Hermite, nous montrons que le test obtenu est invariant aux transformations affines et qu’il est en fait une généralisation de nombreux tests existants dans la littérature. Ce projet peut être vu comme une généralisation du premier dans trois directions, notamment le passage de l’univarié au multivarié ; le choix d’une famille quelconque de fonctions orthogonales ; et enfin la possibilité de spécifier des relations ou des contraintes dans la formulation VARMA. Nous avons procédé dans chacun des projets à une étude de simulation afin d’évaluer le niveau et la puissance des tests proposés ainsi que de les comparer aux tests existants. De plus des applications aux données réelles sont fournies. Nous avons appliqué les tests à la prévision de la température moyenne annuelle du globe terrestre (univarié), ainsi qu’aux données relatives au marché du travail canadien (bivarié). Ces travaux ont été exposés à plusieurs congrès (voir par exemple Tagne, Duchesne et Lafaye de Micheaux (2013a, 2013b, 2014) pour plus de détails). Un article basé sur le premier projet est également soumis dans une revue avec comité de lecture (Voir Duchesne, Lafaye de Micheaux et Tagne (2016)).

Sur les tests lisses d'ajustement dans le context des series chronologiques

La plupart des modèles en statistique classique repose sur une hypothèse sur la distribution des données ou sur une distribution sous-jacente aux données. La validité de cette hypothèse permet de faire de l’inférence, de construire des intervalles de confiance ou encore de tester la fiabilité du modèle. La problématique des tests d’ajustement vise à s’assurer de la conformité ou de la cohérence de l’hypothèse avec les données disponibles. Dans la présente thèse, nous proposons des tests d’ajustement à la loi normale dans le cadre des séries chronologiques univariées et vectorielles. Nous nous sommes limités à une classe de séries chronologiques linéaires, à savoir les modèles autorégressifs à moyenne mobile (ARMA ou VARMA dans le cas vectoriel). Dans un premier temps, au cas univarié, nous proposons une généralisation du travail de Ducharme et Lafaye de Micheaux (2004) dans le cas où la moyenne est inconnue et estimée. Nous avons estimé les paramètres par une méthode rarement utilisée dans la littérature et pourtant asymptotiquement efficace. En effet, nous avons rigoureusement montré que l’estimateur proposé par Brockwell et Davis (1991, section 10.8) converge presque sûrement vers la vraie valeur inconnue du paramètre. De plus, nous fournissons une preuve rigoureuse de l’inversibilité de la matrice des variances et des covariances de la statistique de test à partir de certaines propriétés d’algèbre linéaire. Le résultat s’applique aussi au cas où la moyenne est supposée connue et égale à zéro. Enfin, nous proposons une méthode de sélection de la dimension de la famille d’alternatives de type AIC, et nous étudions les propriétés asymptotiques de cette méthode. L’outil proposé ici est basé sur une famille spécifique de polynômes orthogonaux, à savoir les polynômes de Legendre. Dans un second temps, dans le cas vectoriel, nous proposons un test d’ajustement pour les modèles autorégressifs à moyenne mobile avec une paramétrisation structurée. La paramétrisation structurée permet de réduire le nombre élevé de paramètres dans ces modèles ou encore de tenir compte de certaines contraintes particulières. Ce projet inclut le cas standard d’absence de paramétrisation. Le test que nous proposons s’applique à une famille quelconque de fonctions orthogonales. Nous illustrons cela dans le cas particulier des polynômes de Legendre et d’Hermite. Dans le cas particulier des polynômes d’Hermite, nous montrons que le test obtenu est invariant aux transformations affines et qu’il est en fait une généralisation de nombreux tests existants dans la littérature. Ce projet peut être vu comme une généralisation du premier dans trois directions, notamment le passage de l’univarié au multivarié ; le choix d’une famille quelconque de fonctions orthogonales ; et enfin la possibilité de spécifier des relations ou des contraintes dans la formulation VARMA. Nous avons procédé dans chacun des projets à une étude de simulation afin d’évaluer le niveau et la puissance des tests proposés ainsi que de les comparer aux tests existants. De plus des applications aux données réelles sont fournies. Nous avons appliqué les tests à la prévision de la température moyenne annuelle du globe terrestre (univarié), ainsi qu’aux données relatives au marché du travail canadien (bivarié). Ces travaux ont été exposés à plusieurs congrès (voir par exemple Tagne, Duchesne et Lafaye de Micheaux (2013a, 2013b, 2014) pour plus de détails). Un article basé sur le premier projet est également soumis dans une revue avec comité de lecture (Voir Duchesne, Lafaye de Micheaux et Tagne (2016)).

Formal group laws and hypergraph colorings

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Differential orthogonality: Laguerre and Hermite cases with applications

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)