Anàlisi de les claus criptogràfiques utilitzades en bitcoin

El present projecte realitza una anàlisi de les claus criptogràfiques utilitzades en bitcoin. El projecte introdueix les nocions bàsiques necessàries de les corbes el·líptiques, la criptografia de corbes el·líptiques i els bitcoins per a realitzar l’anàlisi. Aquesta anàlisi consisteix en explorar el codi de diferents wallets bitcoin i realitzar un estudi empíric de l’aleatorietat de les claus. Per últim, el projecte introdueix el concepte de wallet determinista, el seu funcionament i alguns dels problemes que presenta.

Leaving the Dark ages with AMIGA

We present an Analytic Model of Intergalactic-medium and GAlaxy (AMIGA) evolution since the dark ages. AMIGA is in the spirit of the popular semi-analytic models of galaxy formation, although it does not use halo merger trees but interpolates halo properties in grids that are progressively built. This strategy is less memory-demanding and allows one to start modeling at sufficiently high redshifts and low halo masses to have trivial boundary conditions. The number of free parameters is minimized by making a causal connection between physical processes usually treated as independent of each other, which leads to more reliable predictions. However, the strongest points of AMIGA are the following: (1) the inclusion of molecular cooling and metal-poor, population III (Pop III) stars with the most dramatic feedback and (2) accurate follow up of the temperature and volume filling factor of neutral, singly ionized, and doubly ionized regions, taking into account the distinct halo mass functions in those environments. We find the following general results. Massive Pop III stars determine the intergalactic medium metallicity and temperature, and the growth of spheroids and disks is self-regulated by that of massive black holes (MBHs) developed from the remnants of those stars. However, the properties of normal galaxies and active galactic nuclei appear to be quite insensitive to Pop III star properties due to the much higher yield of ordinary stars compared to Pop III stars and the dramatic growth of MBHs when normal galaxies begin to develop, which cause the memory loss of the initial conditions.

Parametrització de contorns oberts

Un dels principals problemes quan es realitza un anàlisi de contorns és la gran quantitat de dades implicades en la descripció de la figura. Per resoldre aquesta problemàtica, s’aplica la parametrització que consisteix en obtenir d’un contorn unes dades representatives amb els mínims coeficients possibles, a partir dels quals es podrà reconstruir de nou sense pèrdues molt evidents d’informació. En figures de contorns tancats, la parametrització més estudiada és l’aplicació de la transformada discreta de Fourier (DFT). Aquesta s’aplica a la seqüència de valors que descriu el comportament de les coordenades x i y al llarg de tots els punts que formen el traç. A diferència, en els contorns oberts no es pot aplicar directament la DFT ja que per fer-ho es necessita que el valor de x i de y siguin iguals tan en el primer punt del contorn com en l’últim. Això és degut al fet que la DFT representa sense error senyals periòdics. Si els senyals no acaben en el mateix punt, representa que hi ha una discontinuïtat i apareixen oscil·lacions a la reconstrucció. L’objectiu d’aquest treball és parametritzar contorns oberts amb la mateixa eficiència que s’obté en la parametrització de contorns tancats. Per dur-ho a terme, s’ha dissenyat un programa que permet aplicar la DFT en contorns oberts mitjançant la modificació de les seqüencies de x i y. A més a més, també utilitzant el programari Matlab s’han desenvolupat altres aplicacions que han permès veure diferents aspectes sobre la parametrització i com es comporten els Descriptors El·líptics de Fourier (EFD). Els resultats obtinguts han demostrat que l’aplicació dissenyada permet la parametrització de contorns oberts amb compressions òptimes, fet que facilitarà l’anàlisi quantitatiu de formes en camps com l’ecologia, medicina, geografia, entre d’altres.

Quasiconformal mappings and inequalities involving special functions

This PhD thesis in Mathematics belongs to the field of Geometric Function Theory. The thesis consists of four original papers. The topic studied deals with quasiconformal mappings and their distortion theory in Euclidean n-dimensional spaces. This theory has its roots in the pioneering papers of F. W. Gehring and J. Väisälä published in the early 1960’s and it has been studied by many mathematicians thereafter. In the first paper we refine the known bounds for the so-called Mori constant and also estimate the distortion in the hyperbolic metric. The second paper deals with radial functions which are simple examples of quasiconformal mappings. These radial functions lead us to the study of the so-called p-angular distance which has been studied recently e.g. by L. Maligranda and S. Dragomir. In the third paper we study a class of functions of a real variable studied by P. Lindqvist in an influential paper. This leads one to study parametrized analogues of classical trigonometric and hyperbolic functions which for the parameter value p = 2 coincide with the classical functions. Gaussian hypergeometric functions have an important role in the study of these special functions. Several new inequalities and identities involving p-analogues of these functions are also given. In the fourth paper we study the generalized complete elliptic integrals, modular functions and some related functions. We find the upper and lower bounds of these functions, and those bounds are given in a simple form. This theory has a long history which goes back two centuries and includes names such as A. M. Legendre, C. Jacobi, C. F. Gauss. Modular functions also occur in the study of quasiconformal mappings. Conformal invariants, such as the modulus of a curve family, are often applied in quasiconformal mapping theory. The invariants can be sometimes expressed in terms of special conformal mappings. This fact explains why special functions often occur in this theory.

Hyperbolic type metrics and distortion of quasiconformal map pings

This Ph.D. thesis consists of four original papers. The papers cover several topics from geometric function theory, more specifically, hyperbolic type metrics, conformal invariants, and the distortion properties of quasiconformal mappings. The first paper deals mostly with the quasihyperbolic metric. The main result gives the optimal bilipschitz constant with respect to the quasihyperbolic metric for the M¨obius self-mappings of the unit ball. A quasiinvariance property, sharp in a local sense, of the quasihyperbolic metric under quasiconformal mappings is also proved. The second paper studies some distortion estimates for the class of quasiconformal self-mappings fixing the boundary values of the unit ball or convex domains. The distortion is measured by the hyperbolic metric or hyperbolic type metrics. The results provide explicit, asymptotically sharp inequalities when the maximal dilatation of quasiconformal mappings tends to 1. These explicit estimates involve special functions which have a crucial role in this study. In the third paper, we investigate the notion of the quasihyperbolic volume and find the growth estimates for the quasihyperbolic volume of balls in a domain in terms of the radius. It turns out that in the case of domains with Ahlfors regular boundaries, the rate of growth depends not merely on the radius but also on the metric structure of the boundary. The topic of the fourth paper is complete elliptic integrals and inequalities. We derive some functional inequalities and elementary estimates for these special functions. As applications, some functional inequalities and the growth of the exterior modulus of a rectangle are studied.

Uusiutuvat kvasikonformikuvaukset

Kirjallisuusarvostelu

An experimental investigation of the effects of nozzle ellipticity on the flow structure of co-flow jet diffusion flames

The flow structure of cold and ignited jets issuing into a co-flowing air stream was experimentally studied using a laser Doppler velocimeter. Methane was employed as the jet fluid discharging from circular and elliptic nozzles with aspect ratios varying from 1.29 to 1.60. The diameter of the circular nozzle was 4.6 mm and the elliptic nozzles had approximately the same exit area as that of the circular nozzle. These non-circular nozzles were employed in order to increase the stability of attached jet diffusion flames. The time-averaged velocity and r.m.s. value of the velocity fluctuation in the streamwise and transverse directions were measured over the range of co-flowing stream velocities corresponding to different modes of flame blowout that are identified as either lifted or attached flames. On the basis of these measurements, attempts were made to explain the existence of an apparent optimum aspect ratio for the blowout of attached flames observed at higher values of co-flowing stream velocities. The insensitivity of the blowout limits of lifted flames to nozzle geometry observed in our previous work at low co-flowing stream velocities was also explained. Measurements of the fuel concentration at the jet centerline indicated that the mixing process was enhanced with the 1.38 aspect ratio jet compared with the 1.60 aspect ratio jet. On the basis of the obtained experimental data, it was suggested that the higher blowout limits of attached flames for an elliptic jet of 1.38 aspect ratio was due to higher entrainment rates.

Lagrangian multipliers for coast-arcs of optimum space trajectories

Some properties of generalized canonical systems - special dynamical systems described by a Hamiltonian function linear in the adjoint variables - are applied in determining the solution of the two-dimensional coast-arc problem in an inverse-square gravity field. A complete closed-form solution for Lagrangian multipliers - adjoint variables - is obtained by means of such properties for elliptic, circular, parabolic and hyperbolic motions. Classic orbital elements are taken as constants of integration of this solution in the case of elliptic, parabolic and hyperbolic motions. For circular motion, a set of nonsingular orbital elements is introduced as constants of integration in order to eliminate the singularity of the solution.

Wind tunnel simulation of atmospheric boundary layer flows

The present work shows how thick boundary layers can be produced in a short wind tunnel with a view to simulate atmospheric flows. Several types of thickening devices are analysed. The experimental assessment of the devices was conducted by considering integral properties of the flow and the spectra: skin-friction, mean velocity profiles in inner and outer co-ordinates and longitudinal turbulence. Designs based on screens, elliptic wedge generators, and cylindrical rod generators are analysed. The paper describes in detail the experimental arrangement, including the features of the wind tunnel and of the instrumentation. The results are compared with experimental data published by other authors and with naturally developed flows.

Dynamical and Chemical Structure of Galactic Halos

This doctoral dissertation presents studies of the formation and evolution of galaxies, through observations and simulations of galactic halos. The halo is the component of galaxies which hosts some of the oldest objects we know of in the cosmos; it is where clues to the history of galaxies are found, for example, by how the chemical structure is related to the dynamics of objects in the halo. The dynamical and chemical structure of halos, both in the Milky Way’s own halo, and in two elliptical galaxies, is the underlying theme in the research. I focus on the density falloff and chemistry of the two external halos, and on the dynamics, density falloff, and chemistry of the Milky Way halo. I first study galactic halos via computer simulations, to test the long- term stability of an anomalous feature recently found in kinematics of the Milky Way’s metal-poor stellar halo. I find that the feature is transient, making its origin unclear. I use a second set of simulations to test if an initially strong relation between the dynamics and chemistry of halo glob-ular clusters in a Milky Way-type galaxy is affected by a merging satellite galaxy, and find that the relation remains strong despite a merger in which the satellite is a third of the mass of the host galaxy. From simulations, I move to observing halos in nearby galaxies, a challenging procedure as most of the light from galaxies comes from the disk and bulge components as opposed to the halo. I use Hubble Space Tele scope observations of the halo of the galaxy M87 and, comparing to similar observations of NGC 5128, find that the chemical structure of the inner halo is similar for both of these giant elliptical galaxies. I use Very Large Telescope observations of the outer halo of NGC 5128 (Centaurus A) and, because of the difficultly in resolving dim extragalac- tic stellar halo populations, I introduce a new technique to subtract the contaminating background galaxies. A transition from a metal-rich stellar halo to a metal-poor has previously been discovered in two different types of galaxies, the disk galaxy M31 and the classic elliptical NGC 3379. Unexpectedly, I discover in this third type of galaxy, the merger remnant NGC 5128, that the density of metal-rich and metal-poor halo stars falls at the same rate within the galactocentric radii of 8 − 65 kpc, the limit of our observations. This thesis presents new results which open opportunities for future investigations.

Calibration de systèmes de caméras et projecteurs dans des applications de création multimédia

Ce mémoire s'intéresse à la vision par ordinateur appliquée à des projets d'art technologique. Le sujet traité est la calibration de systèmes de caméras et de projecteurs dans des applications de suivi et de reconstruction 3D en arts visuels et en art performatif. Le mémoire s'articule autour de deux collaborations avec les artistes québécois Daniel Danis et Nicolas Reeves. La géométrie projective et les méthodes de calibration classiques telles que la calibration planaire et la calibration par géométrie épipolaire sont présentées pour introduire les techniques utilisées dans ces deux projets. La collaboration avec Nicolas Reeves consiste à calibrer un système caméra-projecteur sur tête robotisée pour projeter des vidéos en temps réel sur des écrans cubiques mobiles. En plus d'appliquer des méthodes de calibration classiques, nous proposons une nouvelle technique de calibration de la pose d'une caméra sur tête robotisée. Cette technique utilise des plans elliptiques générés par l'observation d'un seul point dans le monde pour déterminer la pose de la caméra par rapport au centre de rotation de la tête robotisée. Le projet avec le metteur en scène Daniel Danis aborde les techniques de calibration de systèmes multi-caméras. Pour son projet de théâtre, nous avons développé un algorithme de calibration d'un réseau de caméras wiimotes. Cette technique basée sur la géométrie épipolaire permet de faire de la reconstruction 3D d'une trajectoire dans un grand volume à un coût minime. Les résultats des techniques de calibration développées sont présentés, de même que leur utilisation dans des contextes réels de performance devant public.

Superintégrabilité avec séparation de variables en coordonnées polaires et intégrales du mouvement d’ordre supérieur à deux

Dans cette thèse, nous proposons de nouveaux résultats de systèmes superintégrables séparables en coordonnées polaires. Dans un premier temps, nous présentons une classification complète de tous les systèmes superintégrables séparables en coordonnées polaires qui admettent une intégrale du mouvement d'ordre trois. Des potentiels s'exprimant en terme de la sixième transcendante de Painlevé et de la fonction elliptique de Weierstrass sont présentés. Ensuite, nous introduisons une famille infinie de systèmes classiques et quantiques intégrables et exactement résolubles en coordonnées polaires. Cette famille s'exprime en terme d'un paramètre k. Le spectre d'énergie et les fonctions d'onde des systèmes quantiques sont présentés. Une conjecture postulant la superintégrabilité de ces systèmes est formulée et est vérifiée pour k=1,2,3,4. L'ordre des intégrales du mouvement proposées est 2k où k ∈ ℕ. La structure algébrique de la famille de systèmes quantiques est formulée en terme d'une algèbre cachée où le nombre de générateurs dépend du paramètre k. Une généralisation quasi-exactement résoluble et intégrable de la famille de potentiels est proposée. Finalement, les trajectoires classiques de la famille de systèmes sont calculées pour tous les cas rationnels k ∈ ℚ. Celles-ci s'expriment en terme des polynômes de Chebyshev. Les courbes associées aux trajectoires sont présentées pour les premiers cas k=1, 2, 3, 4, 1/2, 1/3 et 3/2 et les trajectoires bornées sont fermées et périodiques dans l'espace des phases. Ainsi, les résultats obtenus viennent renforcer la possible véracité de la conjecture.

Analyse de groupe d’un modèle de la plasticité idéale planaire et sur les solutions en termes d’invariants de Riemann pour les systèmes quasilinéaires du premier ordre

Les objets d’étude de cette thèse sont les systèmes d’équations quasilinéaires du premier ordre. Dans une première partie, on fait une analyse du point de vue du groupe de Lie classique des symétries ponctuelles d’un modèle de la plasticité idéale. Les écoulements planaires dans les cas stationnaire et non-stationnaire sont étudiés. Deux nouveaux champs de vecteurs ont été obtenus, complétant ainsi l’algèbre de Lie du cas stationnaire dont les sous-algèbres sont classifiées en classes de conjugaison sous l’action du groupe. Dans le cas non-stationnaire, une classification des algèbres de Lie admissibles selon la force choisie est effectuée. Pour chaque type de force, les champs de vecteurs sont présentés. L’algèbre ayant la dimension la plus élevée possible a été obtenues en considérant les forces monogéniques et elle a été classifiée en classes de conjugaison. La méthode de réduction par symétrie est appliquée pour obtenir des solutions explicites et implicites de plusieurs types parmi lesquelles certaines s’expriment en termes d’une ou deux fonctions arbitraires d’une variable et d’autres en termes de fonctions elliptiques de Jacobi. Plusieurs solutions sont interprétées physiquement pour en déduire la forme de filières d’extrusion réalisables. Dans la seconde partie, on s’intéresse aux solutions s’exprimant en fonction d’invariants de Riemann pour les systèmes quasilinéaires du premier ordre. La méthode des caractéristiques généralisées ainsi qu’une méthode basée sur les symétries conditionnelles pour les invariants de Riemann sont étendues pour être applicables à des systèmes dans leurs régions elliptiques. Leur applicabilité est démontrée par des exemples de la plasticité idéale non-stationnaire pour un flot irrotationnel ainsi que les équations de la mécanique des fluides. Une nouvelle approche basée sur l’introduction de matrices de rotation satisfaisant certaines conditions algébriques est développée. Elle est applicable directement à des systèmes non-homogènes et non-autonomes sans avoir besoin de transformations préalables. Son efficacité est illustrée par des exemples comprenant un système qui régit l’interaction non-linéaire d’ondes et de particules. La solution générale est construite de façon explicite.

Étude de la cinématique HI (21cm) et H-Alpha de la galaxie du Triangle (M33).

Latex a été utilisé pour la redaction de cette thèse.

Géométrie nodale et valeurs propres de l’opérateur de Laplace et du p-laplacien

La présente thèse porte sur différentes questions émanant de la géométrie spectrale. Ce domaine des mathématiques fondamentales a pour objet d'établir des liens entre la géométrie et le spectre d'une variété riemannienne. Le spectre d'une variété compacte fermée M munie d'une métrique riemannienne $g$ associée à l'opérateur de Laplace-Beltrami est une suite de nombres non négatifs croissante qui tend vers l’infini. La racine carrée de ces derniers représente une fréquence de vibration de la variété. Cette thèse présente quatre articles touchant divers aspects de la géométrie spectrale. Le premier article, présenté au Chapitre 1 et intitulé « Superlevel sets and nodal extrema of Laplace eigenfunctions », porte sur la géométrie nodale d'opérateurs elliptiques. L’objectif de mes travaux a été de généraliser un résultat de L. Polterovich et de M. Sodin qui établit une borne sur la distribution des extrema nodaux sur une surface riemannienne pour une assez vaste classe de fonctions, incluant, entre autres, les fonctions propres associées à l'opérateur de Laplace-Beltrami. La preuve fournie par ces auteurs n'étant valable que pour les surfaces riemanniennes, je prouve dans ce chapitre une approche indépendante pour les fonctions propres de l’opérateur de Laplace-Beltrami dans le cas des variétés riemanniennes de dimension arbitraire. Les deuxième et troisième articles traitent d'un autre opérateur elliptique, le p-laplacien. Sa particularité réside dans le fait qu'il est non linéaire. Au Chapitre 2, l'article « Principal frequency of the p-laplacian and the inradius of Euclidean domains » se penche sur l'étude de bornes inférieures sur la première valeur propre du problème de Dirichlet du p-laplacien en termes du rayon inscrit d’un domaine euclidien. Plus particulièrement, je prouve que, si p est supérieur à la dimension du domaine, il est possible d'établir une borne inférieure sans aucune hypothèse sur la topologie de ce dernier. L'étude de telles bornes a fait l'objet de nombreux articles par des chercheurs connus, tels que W. K. Haymann, E. Lieb, R. Banuelos et T. Carroll, principalement pour le cas de l'opérateur de Laplace. L'adaptation de ce type de bornes au cas du p-laplacien est abordée dans mon troisième article, « Bounds on the Principal Frequency of the p-Laplacian », présenté au Chapitre 3 de cet ouvrage. Mon quatrième article, « Wolf-Keller theorem for Neumann Eigenvalues », est le fruit d'une collaboration avec Guillaume Roy-Fortin. Le thème central de ce travail gravite autour de l'optimisation de formes dans le contexte du problème aux valeurs limites de Neumann. Le résultat principal de cet article est que les valeurs propres de Neumann ne sont pas toujours maximisées par l'union disjointe de disques arbitraires pour les domaines planaires d'aire fixée. Le tout est présenté au Chapitre 4 de cette thèse.