Short and long period optimization of drug doses in the treatment of AIDS

Técnicas de otimização numérica são úteis na solução de problemas de determinação da melhor entrada para sistemas descritos por modelos matemáticos e cujos objetivos podem ser expressos de uma maneira quantitativa. Este trabalho aborda o problema de otimizar as dosagens dos medicamentos no tratamento da AIDS em termos de um balanço entre a resposta terapêutica e os efeitos colaterais. Um modelo matemático para descrever a dinâmica do vírus HIV e células CD4 é utilizado para calcular a dosagem ótima do medicamento no tratamento a curto prazo de pacientes com AIDS por um método de otimização direta utilizando uma função custo do tipo Bolza. Os parâmetros do modelo foram ajustados com dados reais obtidos da literatura. Com o objetivo de simplificar os procedimentos numéricos, a lei de controle foi expressa em termos de uma expansão em séries que, após truncamento, permite obter controles sub-ótimos. Quando os pacientes atingem um estado clínico satisfatório, a técnica do Regulador Linear Quadrático (RLQ) é utilizada para determinar a dosagem permanente de longo período para os medicamentos. As dosagens calculadas utilizando a técnica RLQ , tendem a ser menores do que a equivalente terapia de dose constante em termos do expressivo aumento na contagem das células T+ CD4 e da redução da densidade de vírus livre durante um intervalo fixo de tempo.

Influência da suspensão na segurança e no conforto de um pulverizador autopropelido

Para avaliar o comportamento da suspensão do pulverizador autopropelido, foram desenvolvidos modelos físicos e matemáticos em função da excitação ocasionada pelas irregularidades do solo. Neste trabalho, estas irregularidades são representadas por obstáculos de uma pista normalizada segundo a norma ISO 5008. As equações do movimento são obtidas a partir dos modelos matemáticos de meio veículo. As simulações numéricas são executadas nos softwares Matlab® e Simulink®. A partir da entrada conhecida, podem-se determinar as características dos elementos da suspensão para obter níveis desejáveis de conforto e segurança. Foram analisadas quatro diferentes configurações do sistema, variando-se a relação de rigidez a partir de um modelo considerado padrão. Constatou-se que o aumento da relação de rigidez resulta na redução da aceleração vertical e no aumento do curso da suspensão, melhorando o conforto e diminuindo a segurança.

Remarks on an Optimal Linear Control Design Applied to a Nonideal and an Ideal Structure Coupled to an Essentially Nonlinear Oscillator

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

Rapidly varying boundaries in equations with nonlinear boundary conditions. The case of a Lipschitz deformation

We analyze the behavior of solutions of nonlinear elliptic equations with nonlinear boundary conditions of type partial derivative u/partial derivative n + g( x, u) = 0 when the boundary of the domain varies very rapidly. We show that the limit boundary condition is given by partial derivative u/partial derivative n+gamma(x) g(x, u) = 0, where gamma(x) is a factor related to the oscillations of the boundary at point x. For the case where we have a Lipschitz deformation of the boundary,. is a bounded function and we show the convergence of the solutions in H-1 and C-alpha norms and the convergence of the eigenvalues and eigenfunctions of the linearization around the solutions. If, moreover, a solution of the limit problem is hyperbolic, then we show that the perturbed equation has one and only one solution nearby.

Importantes características de chuva para a conservação do solo e da água no município de São Manuel (SP)

Os modelos matemáticos preditivos da erosão do solo, como a Equação Universal de Perda de Solo (EUPS), são de muita valia no planejamento de uso agrícola da terra. Tal equação, desenvolvida para estimar as perdas médias anuais de solo esperadas em dado local, para determinado sistema de manejo, apresenta como variáveis os fatores erosividade da chuva (R), erodibilidade do solo (K), comprimento do declive (L), grau do declive (S), cobertura e manejo (C) e práticas conservacionistas de suporte (P). Com o objetivo de contribuir para o planejamento conservacionista de uso do solo local, foi estimado, de forma simplificada, o fator erosividade da chuva (R) da EUPS para o município de São Manuel (SP), para uma série pluviométrica contínua de 49 anos de dados de chuva diária. Além disso, foram também calculados o período de retorno, a freqüência de ocorrência dos índices de erosividade anuais e as quantidades máximas diárias das chuvas necessárias para o dimensionamento mais adequado de canais de terraços agrícolas em nível. O valor calculado do fator R foi de 7.487 MJ mm ha-1 h-1 ano-1, esperado ocorrer no local, pelo menos, uma vez a cada 2,33 anos, com uma probabilidade de 42,92 %. Observou-se uma concentração de 81,48 % do valor total deste fator no semestre de outubro a março, indicando que, potencialmente, as maiores perdas anuais de solo por erosão são esperadas neste período. Os valores anuais do índice EI30, esperados para os períodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos, foram de 7.216, 8.675, 9.641, 10.568, 11.768 e 12.667 MJ mm ha-1 h-1 ano-1, respectivamente. Com relação às quantidades máximas de chuva diária, para os mesmos períodos de retorno, os valores foram de 73, 98, 115, 131, 151 e 167 mm, respectivamente.

Comparação de modelos não-lineares para descrever o crescimento de fêmeas da raça Guzerá

Dados de crescimento e reprodução de 573 vacas da raça Guzerá, nascidas entre 1961 e 1985, na Fazenda Canoas, em Curvelo, MG, foram analisados com o objetivo de estabelecer um padrão médio de crescimento, mediante o uso de um modelo matemático que se ajuste adequadamente aos dados. Os modelos Brody, Bertalanffy, Logístico, Gompertz e Richards foram ajustados aos dados de peso/idade, coletados até 1992, e comparados quanto à qualidade de ajustamento. Os pesos assintóticos e as taxas de maturidade estimadas foram, respectivamente: para o modelo Brody, 464,49 e 0,046; para o Bertalanffy, 453,18 e 0,065; para o Logístico, 447,05 e 0,085; para o Gompertz, 449,89 e 0,075, e para o Richards, 458,26 e 0,055. O modelo Richards apresentou dificuldades computacionais para ajustamento aos dados. Os outros modelos se revelaram adequados para descrever o crescimento nesses animais, apresentando pequenas variações na qualidade de ajustamento, de acordo com os critérios utilizados. O modelo Bertalanffy foi escolhido para representar a curva média de crescimento dos animais, por apresentar um ajustamento superior no conjunto dos critérios.

Uma abordagem fuzzy para a avaliação técnico-econômica de redes de acesso

O surgimento de novas tecnologias e serviços vem impondo mudanças substanciais ao tradicional sistema de telecomunicações. Múltiplas possibilidades de evolução do sistema fazem da etapa de planejamento um procedimento não só desejável como necessário, principalmente num ambiente de competitividade. A utilização de metodologias abrangentes e flexíveis que possam auxiliar no processo de decisão, fundadas em modelos de otimização, parece um caminho inevitável. Este artigo propõe um modelo de programação linear inteiro misto para ajudar no planejamento estratégico de sistemas de telecomunicações, e em particular da rede de acesso. Os principais componentes de custo e receita são identificados e o modelo é desenvolvido para determinar a configuração da rede (serviços, tecnologias, etc) que maximize a receita esperada pelo operador do sistema. O conceito de números fuzzy é adotado para avaliar o risco técnico-econômico em situações de imprecisão nos dados de demanda. Resultados de experimentos computacionais são apresentados e discutidos.

Modelos matemáticos utilizados para descrever curvas de crescimento em aves aplicados ao melhoramento genético animal

A utilização de funções matemáticas para descrever o crescimento animal é antiga. Elas permitem resumir informações em alguns pontos estratégicos do desenvolvimento ponderal e descrever a evolução do peso em função da idade do animal. Também é possível comparar taxas de crescimento de diferentes indivíduos em estados fisiológicos equivalentes. Os modelos de curvas de crescimento mais utilizados na avicultura são os derivados da função Richards, pois apresentam parâmetros que possibilitam interpretação biológica e portanto podem fornecer subsídios para seleção de uma determinada forma da curva de crescimento em aves. Também pode-se utilizar polinômios segmentados para descrever as mudanças de tendência da curva de crescimento animal. Entretanto, existem importantes fatores de variação para os parâmetros das curvas, como a espécie, o sistema de criação, o sexo e suas interações. A adequação dos modelos pode ser verificada pelos valores do coeficiente de determinação (R2), do quadrado médio do resíduo (QM res), do erro de predição médio (EPm), da facilidade de convergência dos dados e pela possibilidade de interpretação biológica dos parâmetros. Estudos envolvendo modelagem e descrição da curva de crescimento e seus componentes são amplamente discutidos na literatura. Porém, programas de seleção que visem a progressos genéticos para a forma da curva não são mencionados. A importância da avaliação dos parâmetros dos modelos de curvas de crescimento é ainda mais relevante já que os maiores ganhos genéticos para peso estão relacionados com seleção para pesos em idades próximas ao ponto de inflexão. A seleção para precocidade pode ser auxiliada com base nos parâmetros do modelo associados à variáveis que descrevem esta característica genética dos animais. Esses parâmetros estão relacionados a importantes características produtivas e reprodutivas e apresentam magnitudes diferentes, de acordo com a espécie, o sexo e o modelo utilizados na avaliação. Outra metodologia utilizada são os modelos de regressão aleatória, permitindo mudanças graduais nas covariâncias entre idades ao longo do tempo e predizendo variâncias e covariâncias em pontos contidos ao longo da trajetória estudada. A utilização de modelos de regressões aleatórias traz como vantagem a separação da variação da curva de crescimento fenotípica em seus diferentes efeitos genético aditivo e de ambiente permanente individual, mediante a determinação dos coeficientes de regressão aleatórios para esses diferentes efeitos. Além disto, não há necessidade de utilizar fatores de ajuste para a idade. Esta revisão teve por objetivos levantar os principais modelos matemáticos frequentistas utilizados no estudo de curvas de crescimento de aves, com maior ênfase nos empregados com a finalidade de estimar parâmetros genéticos e fenotípicos.

Non-newtonian heat transfer on a plate heat exchanger with generalized configurations

For the configuration optimization of plate heat exchangers (PHEs), the mathematical models for heat transfer and pressure drop must be valid for a wide range of operational conditions of all configurations of the exchanger or the design results may be compromised. In this investigation, the thermal model of a PHE is adjusted to fit experimental data obtained from non-Newtonian heat transfer for eight different configurations, using carboxymethylcellulose solutions (CMC) as test fluid. Although it is possible to successfully adjust the model parameters, Newtonian and non-Newtonian heat transfer cannot be represented by a single generalized correlation. In addition, the specific heat, thermal conductivity and power-law rheological parameters of CMC solutions were correlated with temperature, over a range compatible with a continuous pasteurization process.

Cranial differentiation and evolution in Thrichomys apereoides (Rodentia: Echimyidae)

Thrichomys apereoides is an echimyid rodent which ranges in distribution from north-eastern and central Brazil into Paraguay, and currently five subspecies are recognized. Recent morphometric analyses of population samples formally assignable to T. a. laurentius and T. a. inermis, which occur in north-eastern Brazil, have shown that a major group of populations including both subspecies differ in cranial shape from a single population allocated to T. a. laurentius. In this study we employed mathematical models of evolutionary quantitative genetics to assess the role that random drift and selection may have played in the evolution of cranial shape differences in T. apereoides. The hypothesis of evolution due to drift was rejected and the selective forces necessary to account for shape differences were estimated. Minimum selective mortalities of the order of 10(-3) per generation were sufficient to explain the observed morphologic differentiation.

Temperature and water content influence on thermophysical properties of coffee extract

Specific heat, thermal conductivity, thermal diffusivity, and density of coffee extract were experimentally determined in the range of 0.49 to 0.90 (wet basis) water content and at temperatures varying from 30 to 82 degreesC. Thermal conductivity and specific heat were measured by means of the same apparatus- a cell constituted of two concentric cylinders - operating at steady and unsteady state, respectively. The thermal diffusivity was measured by the well-known Dickerson's method and density was determined by picnometry. The results obtained were used to derive mathematical models for predicting these properties as a function of concentration and temperature.

Constructive heuristic algorithm in branch-and-bound structure applied to transmission network expansion planning

A constructive heuristic algorithm to solve the transmission system expansion planning problem is proposed with the aim of circumventing some critical problems of classical heuristic algorithms that employ relaxed mathematical models to calculate a sensitivity index that guides the circuit additions. The proposed heuristic algorithm is in a branch-and-bound algorithm structure, which can be used with any planning model, such as Transportation model, DC model, AC model or Hybrid models. Tests of the proposed algorithm are presented on real Brazilian systems.

Laser interferometric characterization of a vibrating speaker system

An experiment that combines opto-mechanical and electrical measurements for the characterization of a loudspeaker is presented. We describe a very simple laser vibrometer for evaluating the amplitude of the vibration (displacement) of the speaker cone. The setup is essentially a Michelson-type interferometer operated by an inexpensive semiconductor laser (diode laser). It is shown that the simultaneous measurements of three amplitudes (displacement, electrical current, and applied voltage), as functions of the frequency of vibration, allow us to characterize the speaker system. The experiment is easy to perform, and it demonstrates several useful concepts of optics, mechanics, and electricity, allowing, students to gain an intuitive physical insight into the relations between mathematical models and, an actual speaker system. (C) 2003 American Association of Physics Teachers.

Transmission network expansion planning considering uncertainty in demand

This paper presents two mathematical models and one methodology to solve a transmission network expansion planning problem considering uncertainty in demand. The first model analyzed the uncertainty in the system as a whole; then, this model considers the uncertainty in the total demand of the power system. The second one analyzed the uncertainty in each load bus individually. The methodology used to solve the problem, finds the optimal transmission network expansion plan that allows the power system to operate adequately in an environment with uncertainty. The models presented are solved using a specialized genetic algorithm. The results obtained for several known systems from literature show that cheaper plans can be found satisfying the uncertainty in demand.

The gradually truncated Levy flight for systems with power-law distributions

Power-law distributions have been observed in various economical and physical systems. Levy flights have infinite variance which discourage a physical approach. We introduce a class of stochastic processes, the gradually truncated Levy flight in which large steps of a Levy flight are gradually eliminated. It has finite variance and the system can be analyzed in a closed form. We applied the present method to explain the distribution of a particular economical index. The present method can be applied to describe time series in a variety of fields, i.e. turbulent flow, anomalous diffusion, polymers, etc. (C) 1999 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.