Logarithmic Potential Theory on Riemann Surfaces

We develop a logarithmic potential theory on Riemann surfaces which generalizes logarithmic potential theory on the complex plane. We show the existence of an equilibrium measure and examine its structure. This leads to a formula for the structure of the equilibrium measure which is new even in the plane. We then use our results to study quadrature domains, Laplacian growth, and Coulomb gas ensembles on Riemann surfaces. We prove that the complement of the support of the equilibrium measure satisfies a quadrature identity. Furthermore, our setup allows us to naturally realize weak solutions of Laplacian growth (for a general time-dependent source) as an evolution of the support of equilibrium measures. When applied to the Riemann sphere this approach unifies the known methods for generating interior and exterior Laplacian growth. We later narrow our focus to a special class of quadrature domains which we call Algebraic Quadrature Domains. We show that many of the properties of quadrature domains generalize to this setting. In particular, the boundary of an Algebraic Quadrature Domain is the inverse image of a planar algebraic curve under a meromorphic function. This makes the study of the topology of Algebraic Quadrature Domains an interesting problem. We briefly investigate this problem and then narrow our focus to the study of the topology of classical quadrature domains. We extend the results of Lee and Makarov and prove (for n ≥ 3) c ≤ 5n-5, where c and n denote the connectivity and degree of a (classical) quadrature domain. At the same time we obtain a new upper bound on the number of isolated points of the algebraic curve corresponding to the boundary and thus a new upper bound on the number of special points. In the final chapter we study Coulomb gas ensembles on Riemann surfaces.

FUZZY SOLID SETS FOR MATHEMATICAL MORPHOLOGY AND OPTICAL IMPLEMENTATION

Fuzzy sets in the subject space are transformed to fuzzy solid sets in an increased object space on the basis of the development of the local umbra concept. Further, a counting transform is defined for reconstructing the fuzzy sets from the fuzzy solid sets, and the dilation and erosion operators in mathematical morphology are redefined in the fuzzy solid-set space. The algebraic structures of fuzzy solid sets can lead not only to fuzzy logic but also to arithmetic operations. Thus a fuzzy solid-set image algebra of two image transforms and five set operators is defined that can formulate binary and gray-scale morphological image-processing functions consisting of dilation, erosion, intersection, union, complement, addition, subtraction, and reflection in a unified form. A cellular set-logic array architecture is suggested for executing this image algebra. The optical implementation of the architecture, based on area coding of gray-scale values, is demonstrated. (C) 1995 Optical Society of America

Um método SN híbrido direto para cálculos de sistemas combustível-moderador em geometria unidimensional

Desenvolvemos nesta dissertação um método híbrido direto para o cálculo do fator de desvantagem e descrição da distribuição do fluxo de nêutrons em sistemas combustível-moderador. Na modelagem matemática, utilizamos a equação de transporte de Boltzmann independente do tempo, considerando espalhamento linearmente anisotrópico no modelo monoenergético e espalhamento isotrópico no modelo multigrupo, na formulação de ordenadas discretas (SN), em geometria unidimensional. Desenvolvemos nesta dissertação um método híbrido direto para o cálculo do fator de desvantagem e descrição da distribuição do fluxo de nêutrons em sistemas combustível-moderador. Na modelagem matemática, utilizamos a equação de transporte de Boltzmann independente do tempo, considerando espalhamento linearmente anisotrópico no modelo monoenergético e espalhamento isotrópico no modelo multigrupo, na formulação de ordenadas discretas (SN), em geometria unidimensional. Descrevemos uma análise espectral das equações de ordenadas discretas (SN)a um grupo e a dois grupos de energia, onde seguimos uma analogia com o método de Case. Utilizamos, neste método, quadraturas angulares diferentes no combustível (NC) e no moderador (NM), onde em geral assumimos que NC > NM . Condições de continuidade especiais que acoplam os fluxos angulares que emergem do combustível (moderador) e incidem no moderador (combustível), foram utilizadas com base na equivalência entre as equações SN e PN-1, o que caracteriza a propriedade híbrida do modelo proposto. Sendo um método híbrido direto, utilizamos as NC + NM equações lineares e algébricas constituídas pelas (NC + NM)/2 condições de contorno reflexivas e (NC + NM)/2 condições de continuidade para determinarmos as NC + NM constantes. Com essas constantes podemos calcular os valores dos fluxos angulares e dos fluxos escalares em qualquer ponto do domínio. Apresentamos resultados numéricos para ilustrar a eficiência e a precisão do método proposto.

On the set of eigenvalues of a class of equimodular matrices

The structure of the set ϐ(A) of all eigenvalues of all complex matrices (elementwise) equimodular with a given n x n non-negative matrix A is studied. The problem was suggested by O. Taussky and some aspects have been studied by R. S. Varga and B.W. Levinger.

If every matrix equimodular with A is non-singular, then A is called regular. A new proof of the P. Camion-A.J. Hoffman characterization of regular matrices is given.

The set ϐ(A) consists of m ≤ n closed annuli centered at the origin. Each gap, ɤ, in this set can be associated with a class of regular matrices with a (unique) permutation, π(ɤ). The association depends on both the combinatorial structure of A and the size of the a_ii. Let A be associated with the set of r permutations, π₁, π₂,…, π_r, where each gap in ϐ(A) is associated with one of the π_k. Then r ≤ n, even when the complement of ϐ(A) has n+1 components. Further, if π(ɤ) is the identity, the real boundary points of ɤ are eigenvalues of real matrices equimodular with A. In particular, if A is essentially diagonally dominant, every real boundary point of ϐ(A) is an eigenvalues of a real matrix equimodular with A.

Several conjectures based on these results are made which if verified would constitute an extension of the Perron-Frobenius Theorem, and an algebraic method is introduced which unites the study of regular matrices with that of ϐ(A).

Symmetric representation of an integral domain over a subdomain

Let F(θ) be a separable extension of degree n of a field F. Let Δ and D be integral domains with quotient fields F(θ) and F respectively. Assume that Δ ᴝ D. A mapping φ of Δ into the n x n D matrices is called a Δ/D rep if (i) it is a ring isomorphism and (ii) it maps d onto dI_n whenever d ϵ D. If the matrices are also symmetric, φ is a Δ/D symrep.

Every Δ/D rep can be extended uniquely to an F(θ)/F rep. This extension is completely determined by the image of θ. Two Δ/D reps are called equivalent if the images of θ differ by a D unimodular similarity. There is a one-to-one correspondence between classes of Δ/D reps and classes of Δ ideals having an n element basis over D.

The condition that a given Δ/D rep class contain a Δ/D symrep can be phrased in various ways. Using these formulations it is possible to (i) bound the number of symreps in a given class, (ii) count the number of symreps if F is finite, (iii) establish the existence of an F(θ)/F symrep when n is odd, F is an algebraic number field, and F(θ) is totally real if F is formally real (for n = 3 see Sapiro, “Characteristic polynomials of symmetric matrices” Sibirsk. Mat. Ž. 3 (1962) pp. 280-291), and (iv) study the case D = Z, the integers (see Taussky, “On matrix classes corresponding to an ideal and its inverse” Illinois J. Math. 1 (1957) pp. 108-113 and Faddeev, “On the characteristic equations of rational symmetric matrices” Dokl. Akad. Nauk SSSR 58 (1947) pp. 753-754).

The case D = Z and n = 2 is studied in detail. Let Δ’ be an integral domain also having quotient field F(θ) and such that Δ’ ᴝ Δ. Let φ be a Δ/Z symrep. A method is given for finding a Δ’/Z symrep ʘ such that the Δ’ ideal class corresponding to the class of ʘ is an extension to Δ’ of the Δ ideal class corresponding to the class of φ. The problem of finding all Δ/Z symreps equivalent to a given one is studied.

The Riesz space structure of an Abelian W*-algebra

Let M be an Abelian W*-algebra of operators on a Hilbert space H. Let M₀ be the set of all linear, closed, densely defined transformations in H which commute with every unitary operator in the commutant M’ of M. A well known result of R. Pallu de Barriere states that if ɸ is a normal positive linear functional on M, then ɸ is of the form T → (Tx, x) for some x in H, where T is in M. An elementary proof of this result is given, using only those properties which are consequences of the fact that ReM is a Dedekind complete Riesz space with plenty of normal integrals. The techniques used lead to a natural construction of the class M₀, and an elementary proof is given of the fact that a positive self-adjoint transformation in M₀ has a unique positive square root in M₀. It is then shown that when the algebraic operations are suitably defined, then M₀ becomes a commutative algebra. If ReM₀ denotes the set of all self-adjoint elements of M₀, then it is proved that ReM₀ is Dedekind complete, universally complete Riesz spaces which contains ReM as an order dense ideal. A generalization of the result of R. Pallu de la Barriere is obtained for the Riesz space ReM₀ which characterizes the normal integrals on the order dense ideals of ReM₀. It is then shown that ReM₀ may be identified with the extended order dual of ReM, and that ReM₀ is perfect in the extended sense.

Some secondary questions related to the Riesz space ReM are also studied. In particular it is shown that ReM is a perfect Riesz space, and that every integral is normal under the assumption that every decomposition of the identity operator has non-measurable cardinal. The presence of atoms in ReM is examined briefly, and it is shown that ReM is finite dimensional if and only if every order bounded linear functional on ReM is a normal integral.

Results on proximal and generalized weak proximal contractions including the case of iteration-dependent range sets

This paper presents some further results on proximal and asymptotic proximal contractions and on a class of generalized weak proximal contractions in metric spaces. The generalizations are stated for non-self-mappings of the forms for and , or , subject to and , such that converges uniformly to T, and the distances are iteration-dependent, where , , and are non-empty subsets of X, for , where is a metric space, provided that the set-theoretic limit of the sequences of closed sets and exist as and that the countable infinite unions of the closed sets are closed. The convergence of the sequences in the domain and the image sets of the non-self-mapping, as well as the existence and uniqueness of the best proximity points, are also investigated if the metric space is complete. Two application examples are also given, being concerned, respectively, with the solutions through pseudo-inverses of both compatible and incompatible linear algebraic systems and with the parametrical

Um estudo sobre a teoria de campos no espaço-tempo não comutativo

Os aspectos quânticos de teorias de campo formuladas no espaço-tempo não comutativo têm sido amplamente estudados ao longo dos anos. Um dos principais aspectos é o que na literatura ficou conhecido como mixing IR/UV. Trata-se de uma mistura das divergências, que foi vista pela primeira vez no trabalho de Minwalla et al [28], onde num estudo do campo escalar não comutativo com interação quártica vemos já a 1 loop que o tadpole tem uma divergência UV associada a sua parte planar e, junto com ela, temos uma divergência IR associada com um gráfico não planar. Essa mistura torna a teoria não renormalizável. Dado tal problema, houve então uma busca por mecanismos que separassem essas divergências a fim de termos teorias renormalizáveis. Um mecanismo proposto foi a adição de um termo não local na ação U*(1) para que esta seja estável.Neste trabalho, estudamos através da renormalização algébrica a estabilidade deste modelo. Para tal, precisamos localizar o operador não local através de campos auxiliares e seus respectivos ghosts (metodo de Zwanziger) na intenção de retirar os graus de liberdade indesejados que surgem. Usamos o approachda quebra soft de BRST para analisar o termo que quebra BRST, que consiste em reescrevermos tal termo com o auxílio de fontes externas que num determinado limite físico voltam ao termo original.Como resultado, vimos que a teoria com a adição deste termo na ação só é renormalizável se tivermos que introduzir novos termos, sendo alguns deles quárticos. Porém, estes termos mudam a forma do propagador, que não desacopla as divergências. Um outro aspecto que podemos salientar é que, dependendo da escolha de alguns parâmetros, o propagador dá indícios de termos um fótonconfinante, seguindo o critério de Wilson e o critério da perda da positividade do propagador.

Measurement errors in body size of sea scallops (Placopecten magellanicus) and their effect on stock assessment models

Body-size measurement errors are usually ignored in stock assessments, but may be important when body-size data (e.g., from visual sur veys) are imprecise. We used experiments and models to quantify measurement errors and their effects on assessment models for sea scallops (Placopecten magellanicus). Errors in size data obscured modes from strong year classes and increased frequency and size of the largest and smallest sizes, potentially biasing growth, mortality, and biomass estimates. Modeling techniques for errors in age data proved useful for errors in size data. In terms of a goodness of model fit to the assessment data, it was more important to accommodate variance than bias. Models that accommodated size errors fitted size data substantially better. We recommend experimental quantification of errors along with a modeling approach that accommodates measurement errors because a direct algebraic approach was not robust and because error parameters were diff icult to estimate in our assessment model. The importance of measurement errors depends on many factors and should be evaluated on a case by case basis.

Aperfeiçoamento do algoritmo algébrico sequencial para a identificação de variações abruptas de impedância acústica via otimização

Neste trabalho são utilizados a técnica baseada na propagação de ondas acústicas e o método de otimização estocástica Luus-Jaakola (LJ) para solucionar o problema inverso relacionado à identificação de danos em barras. São apresentados o algoritmo algébrico sequencial (AAS) e o algoritmo algébrico sequencial aperfeiçoado (AASA) que modelam o problema direto de propagação de ondas acústicas em uma barra. O AASA consiste nas modificações introduzidas no AAS. O uso do AASA resolve com vantagens o problema de identificação de danos com variações abruptas de impedância. Neste trabalho são obtidos, usando-se o AAS-LJ e o AASA-LJ, os resultados de identificação de cinco cenários de danos. Três deles com perfil suave de impedância acústica generalizada e os outros dois abruptos. Além disso, com o objetivo de simular sinais reais de um experimento, foram introduzidos variados níveis de ruído. Os resultados alcançados mostram que o uso do AASA-LJ na resolução de problemas de identificação de danos em barras é bastante promissor, superando o AAS-LJ para perfis abruptos de impedância.

Uma Metodologia de Estudo de Simulação Tridimensional de Escoamento Turbulento Estratificado no Reservatório de Plantas Hidrelétricas.

Uma simulação numérica que leva em conta os efeitos de estratificação e mistura escalar (como a temperatura, salinidade ou substância solúvel em água) é necessária para estudar e prever os impactos ambientais que um reservatório de usina hidrelétrica pode produzir. Este trabalho sugere uma metodologia para o estudo de escoamentos ambientais, principalmente aqueles em que o conhecimento da interação entre a estratificação e mistura pode dar noções importantes dos fenômenos que ocorrem. Por esta razão, ferramentas de simulação numérica 3D de escoamento ambiental são desenvolvidas. Um gerador de malha de tetraedros do reservatório e o modelo de turbulência algébrico baseado no número de Richardson são as principais ferramentas desenvolvidas. A principal dificuldade na geração de uma malha de tetraedros de um reservatório é a distribuição não uniforme dos pontos relacionada com a relação desproporcional entre as escalas horizontais e verticais do reservatório. Neste tipo de distribuição de pontos, o algoritmo convencional de geração de malha de tetraedros pode tornar-se instável. Por esta razão, um gerador de malha não estruturada de tetraedros é desenvolvido e a metodologia utilizada para obter elementos conformes é descrita. A geração de malha superficial de triângulos utilizando a triangulação Delaunay e a construção do tetraedros a partir da malha triangular são os principais passos para o gerador de malha. A simulação hidrodinâmica com o modelo de turbulência fornece uma ferramenta útil e computacionalmente viável para fins de engenharia. Além disso, o modelo de turbulência baseado no número de Richardson leva em conta os efeitos da interação entre turbulência e estratificação. O modelo algébrico é o mais simples entre os diversos modelos de turbulência. Mas, fornece resultados realistas com o ajuste de uma pequena quantidade de parâmetros. São incorporados os modelos de viscosidade/difusividade turbulenta para escoamento estratificado. Na aproximação das equações médias de Reynolds e transporte de escalar é utilizando o Método dos Elementos Finitos. Os termos convectivos são aproximados utilizando o método semi-Lagrangeano, e a aproximação espacial é baseada no método de Galerkin. Os resultados computacionais são comparados com os resultados disponíveis na literatura. E, finalmente, a simulação de escoamento em um braço de reservatório é apresentada.

Inversão de funções do plano no plano aplicada ao cálculo de azeótropos

Azeotropia é um fenômeno termodinâmico onde um líquido em ebulição produz um vapor com composição idêntica. Esta situação é um desafio para a Engenharia de Separação, já que os processos de destilação exploram as diferenças entre as volatilidades relativas e, portanto, um azeótropo pode ser uma barreira para a separação. Em misturas binárias, o cálculo da azeotropia é caracterizado por um sistema não-linear do tipo 2 × 2. Um interessante e raro caso é o denominado azeotropia dupla, que pode ser verificado quando este sistema não-linear tem duas soluções, correspondendo a dois azeótropos distintos. Diferentes métodos tem sido utilizados na resolução de problemas desta natureza, como métodos estocásticos de otimização e as técnicas intervalares (do tipo Newton intervalar/bisseção generalizada). Nesta tese apresentamos a formulação do problema de azeotropia dupla e uma nova e robusta abordagem para a resolução dos sistemas não-lineares do tipo 2 × 2, que é a inversão de funções do plano no plano (MALTA; SALDANHA; TOMEI, 1996). No método proposto, as soluções são obtidas através de um conjunto de ações: obtenção de curvas críticas e de pré-imagens de pontos arbritários, inversão da função e por fim, as soluções esperadas para o problema de azeotropia. Esta metodologia foi desenvolvida para resolver sistemas não-lineares do tipo 2 × 2, tendo como objetivo dar uma visão global da função que modela o fenômeno em questão, além, é claro, de gerar as soluções esperadas. Serão apresentados resultados numéricos para o cálculo dos azeótropos no sistema benzeno + hexafluorobenzeno a baixas pressões por este método de inversão. Como ferramentas auxiliares, serão também apresentados aspectos numéricos usando aproximações clássicas, tais como métodos de Newton com técnicas de globalização e o algorítmo de otimização não-linear C-GRASP, para efeito de comparação.

Experimentos numéricos para deposição de parafinas com modelo Multisólido

Este trabalho objetiva a construção de estruturas robustas e computacionalmente eficientes para a solução do problema de deposição de parafinas do ponto de vista do equilíbrio sólido-líquido. São avaliados diversos modelos termodinâmicos para a fase líquida: equação de estado de Peng-Robinson e os modelos de coeficiente de atividade de Solução Ideal, Wilson, UNIQUAC e UNIFAC. A fase sólida é caracterizada pelo modelo Multisólido. A previsão de formação de fase sólida é inicialmente prevista por um teste de estabilidade termodinâmica. Posteriormente, o sistema de equações não lineares que caracteriza o equilíbrio termodinâmico e as equações de balanço material é resolvido por três abordagens numéricas: método de Newton multivariável, método de Broyden e método Newton-Armijo. Diversos experimentos numéricos foram conduzidos de modo a avaliar os tempos de computação e a robustez frente a diversos cenários de estimativas iniciais dos métodos numéricos para os diferentes modelos e diferentes misturas. Os resultados indicam para a possibilidade de construção de arcabouços computacionais eficientes e robustos, que podem ser empregados acoplados a simuladores de escoamento em dutos, por exemplo.

O surgimento dos números irracionais

Este é um trabalho de pesquisa sobre um conjunto de números (irracionais) que é pouco trabalhado no ensino básico de matemática. Foi uma procura muito interessante e enriquecedora, pois encontrei matemáticos e historiadores com visões bem diferentes. Muitos deles não aceitavam este novo conjunto. Para Leopold Kronecker, só existia o conjunto dos números inteiros. Já para Cantor e Dedekind, o aparecimento dos irracionais foi extremamente importante para o desenvolvimento da matemática, abrindo novos horizontes. Menciono aqui um pouco da vida e da obra de alguns matemáticos que se envolveram com os números irracionais. Tratamos ainda da descoberta dos incomensuráveis, ou seja, como iniciou-se o problema da incomensurabilidade, e do retângulo áureo e sua importância em outras áreas. O trabalho mostra também dois grupos de números que não são mencionados quando ensinamos equações algébricas, que são os números algébricos e os números transcendentes, assim como teoremas essenciais para a prova da transcendência dos irracionais especiais e . Por fim, proponho uma aula para uma turma do 3 ano do Ensino Médio com o objetivo de mostrar a irracionalidade de alguns números, usando os teoremas pertinentes

Implementação paralelizada de métodos de resolução de sistemas algébricos na simulação de reservatórios de gás

Desde a década de 1960, devido à pertinência para a indústria petrolífera, a simulação numérica de reservatórios de petróleo tornou-se uma ferramenta usual e uma intensa área de pesquisa. O principal objetivo da modelagem computacional e do uso de métodos numéricos, para a simulação de reservatórios de petróleo, é o de possibilitar um melhor gerenciamento do campo produtor, de maneira que haja uma maximização na recuperação de hidrocarbonetos. Este trabalho tem como objetivo principal paralelizar, empregando a interface de programação de aplicativo OpenMP (Open Multi-Processing), o método numérico utilizado na resolução do sistema algébrico resultante da discretização da equação que descreve o escoamento monofásico em um reservatório de gás, em termos da variável pressão. O conjunto de equações governantes é formado pela equação da continuidade, por uma expressão para o balanço da quantidade de movimento e por uma equação de estado. A Equação da Difusividade Hidráulica (EDH), para a variável pressão, é obtida a partir deste conjunto de equações fundamentais, sendo então discretizada pela utilização do Método de Diferenças Finitas, com a escolha por uma formulação implícita. Diferentes testes numéricos são realizados a fim de estudar a eficiência computacional das versões paralelizadas dos métodos iterativos de Jacobi, Gauss-Seidel, Sobre-relaxação Sucessiva, Gradientes Conjugados (CG), Gradiente Biconjugado (BiCG) e Gradiente Biconjugado Estabilizado (BiCGStab), visando a uma futura aplicação dos mesmos na simulação de reservatórios de gás. Ressalta-se que a presença de heterogeneidades na rocha reservatório e/ou às não-linearidades presentes na EDH para o escoamento de gás aumentam a necessidade de métodos eficientes do ponto de vista de custo computacional, como é o caso de estratégias usando OpenMP.