A lower bound for the energy of symmetric matrices and graphs

The energy of a symmetric matrix is the sum of the absolute values of its eigenvalues. We introduce a lower bound for the energy of a symmetric partitioned matrix into blocks. This bound is related to the spectrum of its quotient matrix. Furthermore, we study necessary conditions for the equality. Applications to the energy of the generalized composition of a family of arbitrary graphs are obtained. A lower bound for the energy of a graph with a bridge is given. Some computational experiments are presented in order to show that, in some cases, the obtained lower bound is incomparable with the well known lower bound $2\sqrt{m}$, where $m$ is the number of edges of the graph.

Modificación de las propiedades de matrices cementantes mediante la adición de nanopartículas de sílice

En la presente investigación, se evaluó el efecto de adicionar nanopartículas de sílice a dos matrices cementes buscando establecer su influencia en las propiedades finales de dichos materiales. Para llevar a cabo esta evaluación, se adicionaron las nanopartículas en dosificaciones desde 0.30% - 5.0% en peso, con la finalidad de determinar la dosificación a la cual se obtienen los mejores resultados. Una de las conclusiones obtenidas de la presente investigación señala que al utilizar este tipo de materiales, el mayor reto a superar, es la correcta dispersión de las nanopartículas en las matrices cementantes, ya que de no asegurar dicha dispersión y debido a la alta energía superficial que poseen las nanopartículas, se presenta una tendencia natural a aglomerarse conformando así materiales de tamaños muy superiores a los que presentan en su estado original, perdiendo así la ventaja de su uso. Para prevenir este efecto y como resultado de la primera etapa de esta investigación, se propuso un método de mezclado en el cual se utilizó como dispersante un aditivo superplastificante (en adelante llamado SP) de base policarboxilato de calcio en dosificaciones de 0.5% en peso que se adicionó a ambas matrices cementantes. Los resultados obtenidos sugieren que algunas propiedades tales como la resistencia mecánica a la compresión, la resistencia a la flexión y sobre todo, la resistencia al ataque químico por sulfatos, se ven mejoradas mediante la adición de nanopartículas de sílice. Dicha mejoría se observó tanto en la matriz de cemento Portland como en la matriz de cemento sulfoaluminoso. Los resultados finales de la investigación mostraron que la resistencia mecánica a la compresión para un cemento Portland ordinario se mejoró hasta en un 40% a edad de 24 h cuando se adicionaron las nanopartículas en porcentaje de 0.50% en peso, sin embargo, los resultados al resto de las edades no presentaron mejoría. Para la matriz de cemento sulfoaluminoso (en adelante CSA), los mejores resultados se obtuvieron también con la dosificación de 0.50% en peso con relación al cemento, sin embargo, la mejoría no fue de la misma magnitud a la obtenida con la matriz de cemento Portland. Por otro lado, la resistencia al ataque químico por sulfatos presentó una mejoría de hasta un 80% para la matriz de cemento sulfoaluminoso cuando se adicionaron las nanopartículas de sílice. Este resultado sugiere que la matriz con nanopartículas presenta una mayor densificación propiciando por ende, un menor grado de porosidad.

Matrices y sistemas de ecuaciones lineales

En este libro, en su primera parte, es estudia e identifica la estructura de una ecuación lineal, y su gráfica en dos y tres variables. En la segunda parte del contenido se expone la teoría del álgebra matricial, que posteriormente será utilizada en la tercera parte para resolver sistemas de ecuaciones lineales; en este sentido, el lector podrá darse cuenta de las bondades de los métodos que se desarrollarán y las aplicaciones que se pueden plantear y resolver con los métodos gaussianos desarrollados en el álgebra lineal. Igualmente, se presentará el uso del MATLAB para la solución de sistemas de ecuaciones lineales y operaciones con matrices, empleando el computador.

Grupos de lie de matrices reales o complejos

Como la historia lo viene diciendo, en general los resultados importantes y trascendentales en Matemática son los capaces de vincular dos estructuras, en su esencia, totalmente distintas. En el año 1973, el matemático Noruego Marius Sophus Lie (1849-1925) estudiando propiedades de soluciones de sistemas de ecuaciones diferenciales, dio origen a las ideas que conformaron la hoy denominada Teoría de Lie, la cual plantea la relación entre geometría, álgebra y la topología, este matemático creó en gran parte la teoría de la simetría continua, y la aplicó al estudio de la geometría y las ecuaciones diferenciales. Con aportes posteriores de los matemáticos Weyl, Cartan, Chevalley, Killing, Harish Chandra y otros estructuran la teoría de Lie, se presentan en este trabajo de investigación las nociones básicas que subyacen en dicha teoría. En los primeros trabajos de Sophus Lie, la idea subyacente era construir una teoría de grupos continuos, que complementara la ya existente teoría de grupos.

Matrices y sistemas de ecuaciones lineales

En este libro, en su primera parte, es estudia e identifica la estructura de una ecuación lineal, y su gráfica en dos y tres variables. En la segunda parte del contenido se expone la teoría del álgebra matricial, que posteriormente será utilizada en la tercera parte para resolver sistemas de ecuaciones lineales; en este sentido, el lector podrá darse cuenta de las bondades de los métodos que se desarrollarán y las aplicaciones que se pueden plantear y resolver con los métodos gaussianos desarrollados en el álgebra lineal. Igualmente, se presentará el uso del MATLAB para la solución de sistemas de ecuaciones lineales y operaciones con matrices, empleando el computador. En la segunda parte del contenido se expone la teoría del álgebra matricial, que posteriormente será utilizada en la tercera parte para resolver sistemas de ecuaciones lineales; en este sentido, el lector podrá darse cuenta de las bondades de los métodos que se desarrollarán y las aplicaciones que se pueden plantear y resolver con los métodos gaussianos desarrollados en el álgebra lineal. Igualmente, se presentará el uso del MATLAB para la solución de sistemas de ecuaciones lineales y operaciones con matrices, empleando el computador.

Algoritmo paralelo para determinação de autovalores de matrizes hermitianas

Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Universidade UnB de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2015.

Euclidean Distance Between Haar Orthogonal and Gaussian Matrices

In this work, we study a version of the general question of how well a Haar-distributed orthogonal matrix can be approximated by a random Gaussian matrix. Here, we consider a Gaussian random matrix (Formula presented.) of order n and apply to it the Gram–Schmidt orthonormalization procedure by columns to obtain a Haar-distributed orthogonal matrix (Formula presented.). If (Formula presented.) denotes the vector formed by the first m-coordinates of the ith row of (Formula presented.) and (Formula presented.), our main result shows that the Euclidean norm of (Formula presented.) converges exponentially fast to (Formula presented.), up to negligible terms. To show the extent of this result, we use it to study the convergence of the supremum norm (Formula presented.) and we find a coupling that improves by a factor (Formula presented.) the recently proved best known upper bound on (Formula presented.). Our main result also has applications in Quantum Information Theory.

IMPROVED SAMPLE INTRODUCTION SYSTEMS FOR INDUCTIVELY COUPLED PLASMA OPTICAL EMISSION SPECTROMETRY AND THEIR APPLICATION TO THE ANALYSIS OF SIMPLE AND COMPLEX MATRICES

The objective of this thesis is to explore new and improved methods for greater sample introduction efficiency and enhanced analytical performance with inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). Three projects are discussed in which the capabilities and applications of ICP-OES are expanded: 1. In the first project, a conventional ultrasonic nebuliser was modified to replace the heater/condenser with an infrared heated pre-evaporation tube. In continuation from previous works with pre-evaporation, the current work investigated the effects of heating with infrared block and rope heaters on two different ICP-OES instruments. Comparisons were made between several methods and setups in which temperatures were varied. By monitoring changes to sensitivity, detection limit, precision, and robustness, and analyzing two certified reference materials, a method with improved sample introduction efficiency and comparable analytical performance to a previous method was established. 2. The second project involved improvements to a previous work in which a multimode sample introduction system (MSIS) was modified by inserting a pre-evaporation tube between the MSIS and torch. The new work focused on applying an infrared heated ceramic rope for pre-evaporation. This research was conducted in all three MSIS modes (nebulisation mode, hydride generation mode, and dual mode) and on two different ICP-OES instruments, and comparisons were made between conventional setups in terms of sensitivity, detection limit, precision, and robustness. By tracking both hydride-forming and non-hydride forming elements, the effects of heating in combination with hydride generation were probed. Finally, optimal methods were validated by analysis of two certified reference materials. 3. A final project was completed in collaboration with ZincNyx Energy Solutions. This project sought to develop a method for the overall analysis of a 12 M KOH zincate fuel, which is used in green energy backup systems. By employing various techniques including flow injection analysis and standard additions, a final procedure was formulated for the verification of K concentration, as well as the measurement of additives (Al, Fe, Mg, In, Si), corrosion products (such C from CO₃²¯), and Zn particles both in and filtered from solution. Furthermore, the effects of exposing the potassium zincate electrolyte fuel to air were assessed.

Vers une compréhension mécanistique de la biocatalyse des composés pharmaceutiques dans des matrices complexes par traitement fongique (Trametes hirsuta)

La présence des contaminants organiques dans l’environnement est une problématique aux enjeux aussi bien scientifiques que politiques. Le caractère diffus et continu (différentes et multiples sources) de cette contamination ne permet pas à ces molécules biologiquement actives d’être soumises à une législation. Ces molécules, pouvant être très récalcitrantes, ne sont pas systématiquement éliminées par les systèmes de traitement des eaux conventionnels. Actuellement, de nouveaux procédés biotechnologiques basés sur des enzymes extracellulaires (e.g. Laccase) ou des champignons lignivores permettent l’élimination des composés les plus récalcitrants. Notre compréhension des mécanismes impliqués dans cette élimination reste incomplète. En effet, la biosorption et l’activité des enzymes extracellulaire sont les mécanismes les plus souvent mis en avant pour expliquer l’efficacité des procédés d’élimination fongique, mais ne sont pas capables d’expliquer les performances obtenues pour certains composés pharmaceutiques. Ces lacunes dans nos connaissances sur les mécanismes responsables de l’élimination fongique des contaminants organiques sont un frein à la pleine exploitation de ces procédés de traitement. De plus, il est forcé d’admettre qu’un grand nombre de travaux portant sur l’élimination fongique de contaminants organiques ont été réalisés dans des conditions de hautes concentrations, qui peuvent être peu représentatives des matrices environnementales. Ainsi, les effets observés à plus forte concentration peuvent etre le résultat dû au stress de l’organisme au contact des contaminants (toxicités). Cette thèse adresse deux questions ; ainsi quelle est l’influence des concentrations traces sur de tels procédés ? Et comment expliquer l’élimination de certains contaminants organiques lors des traitements fongiques ? Afin d’apporter des éléments de réponse sur les mécanismes mis en jeux lors de l’élimination fongique, les travaux présentés ici ont été réalisés sur un modèle de champignon lignivore connu pour ses propriétés en bioremediation. Dans un premier temps, un développement analytique permettant la quantification d’une sélection de contaminants organiques à l’état de traces a été réalisé. Cette méthode a permis d’effectuer des analyses de ces molécules à partir d’un seul échantillon environnemental de faible biomasse et à partir d’une seule injection instrumentale. Les résultats de cette thèse démontrent que l’élimination fongique de contaminants organiques résulte de mécanismes plus complexes que précédemment décrits. Notamment, la dégradation est fortement dépendante d’une étape initiale d’internalisation du contaminant par l’organisme ciblé et de la dégradation intracellulaire. Les mécanismes impliqués peuvent ainsi donnés lieux à des réactions de conjugaison intracellulaire des molecules (glucuronide, glutathione). Les résultats démontrent également que ces procédés d’élimination fongique sont efficaces sur une large gamme de concentration en contaminants organiques. Cependant, les faibles concentrations modifient les propriétés physico-chimiques et biologiques de l’organisme testé (i.e. un changement de la morphologie et du profil de la production enzymatique). La réponse biologique n’étant pas directement proportionnelle a l’exposition en contaminant. Cette étude a permis d’accroitre notre compréhension des mécanismes impliqués dans la dégradation fongique de contaminants organiques. Ceci ouvre la voie à de nouvelles études portant sur les interactions entre processus intra — et extracellulaires. Cette thèse contribue également à l’amélioration des connaissances en offrant des outils de compréhension nécessaire à l’optimisation et au développement du potentiel de ces procédés biotechnologiques (ciblage et role des enzymes réeellement impliquées dans les réactions de biocatalyse).

Optimisation de l’extraction de lumière de scintillation dans les matrices de détecteurs pixellisés pour des applications en tomographie d’émission par positrons (TEP) et en tomodensitométrie (TDM)

Résumé : Les performances de détecteurs à scintillation, composés d’un cristal scintillateur couplé à un photodétecteur, dépendent de façon critique de l’efficacité de la collecte et de l’extraction des photons de scintillation du cristal vers le capteur. Dans les systèmes d’imagerie hautement pixellisés (e.g. TEP, TDM), les scintillateurs doivent être arrangés en matrices compactes avec des facteurs de forme défavorables pour le transport des photons, au détriment des performances du détecteur. Le but du projet est d’optimiser les performances de ces détecteurs pixels par l'identification des sources de pertes de lumière liées aux caractéristiques spectrales, spatiales et angulaires des photons de scintillation incidents sur les faces des scintillateurs. De telles informations acquises par simulation Monte Carlo permettent une pondération adéquate pour l'évaluation de gains atteignables par des méthodes de structuration du scintillateur visant à une extraction de lumière améliorée vers le photodétecteur. Un plan factoriel a permis d'évaluer la magnitude de paramètres affectant la collecte de lumière, notamment l'absorption des matériaux adhésifs assurant l'intégrité matricielle des cristaux ainsi que la performance optique de réflecteurs, tous deux ayant un impact considérable sur le rendement lumineux. D'ailleurs, un réflecteur abondamment utilisé en raison de ses performances optiques exceptionnelles a été caractérisé dans des conditions davantage réalistes par rapport à une immersion dans l'air, où sa réflectivité est toujours rapportée. Une importante perte de réflectivité lorsqu'il est inséré au sein de matrices de scintillateurs a été mise en évidence par simulations puis confirmée expérimentalement. Ceci explique donc les hauts taux de diaphonie observés en plus d'ouvrir la voie à des méthodes d'assemblage en matrices limitant ou tirant profit, selon les applications, de cette transparence insoupçonnée.

Demography of a deep-sea lantern shark (Etmopterus spinax) caught in trawl fisheries of the northeastern Atlantic: Application of Leslie matrices with incorporated uncertainties

The deep-sea lantern shark Etmopterus spinax occurs in the northeast Atlantic on or near the bottoms of the outer continental shelves and slopes, and is regularly captured as bycatch in deep-water commercial fisheries. Given the lack of knowledge on the impacts of fisheries on this species, a demographic analysis using age-based Leslie matrices was carried out. Given the uncertainties in the mortality estimates and in the available life history parameters, several different scenarios, some incorporating stochasticity in the life history parameters (using Monte Carlo simulation), were analyzed. If only natural mortality were considered, even after introducing uncertainties in all parameters, the estimated population growth rate (A) suggested an increasing population. However, if fishing mortality from trawl fisheries is considered, the estimates of A either indicated increasing or declining populations. In these latter cases, the uncertainties in the species reproductive cycle seemed to be particularly relevant, as a 2-year reproductive cycle indicated a stable population, while a longer (3-year cycle) indicated a declining population. The estimated matrix elasticities were in general higher for the survivorship parameters of the younger age classes and tended to decrease for the older ages. This highlights the susceptibility of this deep-sea squaloid to increasing fishing mortality, emphasizing that even though this is a small-sized species, it shows population dynamics patterns more typical of the larger-sized and in general more vulnerable species. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Transition matrices characterizing a certain totally discontinuous map of the interval

We study a totally discontinuous interval map defined in [0,1] which is associated to a deformation of the shift map on two symbols 0−1. We define a sequence of transition matrices which characterizes the effect of the interval map on a family of partitions of the interval [0,1]. Recursive algorithms that build the sequence of matrices and their left and right eigenvectors are deduced. Moreover, we compute the Artin zeta function for the interval map.

Hierarchically organized chitin-based matrices

Chitin is the second most abundant biopolymer on Earth and the most diffused across the known species, being present in more than 70 % of them. It is present in a huge variety of different structures and morphologies being a massive pool of information for new material science approach. This thesis aims to study chitin at different level of organization using diverse approaches. Three main topics are discussed in this manuscript. The first is the use of a bottom-up approach to study chitin nanofibrils self-assembly in water triggering the assembly by pH increment. Successively, the assembly was studied in presence of another pH responsive biomacromolecule, the collagen, to get new composite materials and study how the assembly and the chitin/collagen ratio influence fibroblast’s viability. The second topic focuses on biogenic organized chitin-based matrices, in both Ariolimax californicus and Loligo vulgaris. This study aims to understand the features that give raise to the properties of those matrices. Finally, in the last section a top-up approach was used to exploit natural hierarchically organized chitinous matrices to obtain organized functional materials introducing a catechol on the free amino group of deacetylated chitin (DA 77 %). In conclusion, this study of chitin at different level of organization emphasized different novelties depending on the organization level studied. Moreover, this thesis gives many possibilities for future bioinspired routes to get highly organized materials, or for highly organized functional materials based on natural chitin-based matrices.

Extraction of antioxidants from corn by-products for applications in bio-based polymer matrices

The objective of this dissertation is the evaluation of the exploitability of corn cobs as natural additives for bio-based polymer matrices, in order to hone their properties while keeping the fundamental quality of being fully bio-derived. The first part of the project has the purpose of finding the best solvent and conditions to extract antioxidants and anti-degrading molecules from corn cobs, exploiting room and high-temperature processes, traditional and advanced extraction methods, as well as polar and nonpolar solvents. The extracts in their entirety are then analysed to evaluate their antioxidant content, in order to select the conditions able to maximise their anti-degrading properties. The second part of the project, instead, focuses on assessing chemical and physical properties of the best-behaving extract when inserted in a polymeric matrix. To achieve this, low-density polyethylene (LDPE) and poly (butylene succinate – co – adipate) (PBSA) are employed. These samples are obtained through extrusion and are subsequently characterised exploiting the DSC equipment and a sinusoidally oscillating rheometer. In addition, extruded polymeric matrices are subjected to thermal and photo ageing, in order to identify their behaviour after different forms of degradation and to assess their performances with respect to synthetically produced anti-degrading additives.

Drug of abuse analysis: new methods in herbal and biological matrices for medicinal chemistry and forensic investigation

In this Ph.D. project, original and innovative approaches for the quali-quantitative analysis of abuse substances, as well as therapeutic agents with abuse potential and related compounds were designed, developed and validated for application to different fields such as forensics, clinical and pharmaceutical. All the parameters involved in the developed analytical workflows were properly and accurately optimised, from sample collection to sample pretreatment up to the instrumental analysis. Advanced dried blood microsampling technologies have been developed, able of bringing several advantages to the method as a whole, such as significant reduction of solvent use, feasible storage and transportation conditions and enhancement of analyte stability. At the same time, the use of capillary blood allows to increase subject compliance and overall method applicability by exploiting such innovative technologies. Both biological and non-biological samples involved in this project were subjected to optimised pretreatment techniques developed ad-hoc for each target analyte, making also use of advanced microextraction techniques. Finally, original and advanced instrumental analytical methods have been developed based on high and ultra-high performance liquid chromatography (HPLC,UHPLC) coupled to different detection means (mainly mass spectrometry, but also electrochemical, and spectrophotometric detection for screening purpose), and on attenuated total reflectance-Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) for solid-state analysis. Each method has been designed to obtain highly selective, sensitive yet sustainable systems and has been validated according to international guidelines. All the methods developed herein proved to be suitable for the analysis of the compounds under investigation and may be useful tools in medicinal chemistry, pharmaceutical analysis, within clinical studies and forensic investigations.