Monodromy calculations for some differential equations

In vielen Teilgebieten der Mathematik ist es w"{u}nschenswert, die Monodromiegruppe einer homogenen linearen Differenzialgleichung zu verstehen. Es sind nur wenige analytische Methoden zur Berechnung dieser Gruppe bekannt, daher entwickeln wir im ersten Teil dieser Arbeit eine numerische Methode zur Approximation ihrer Erzeuger.rnIm zweiten Abschnitt fassen wir die Grundlagen der Theorie der Uniformisierung Riemannscher Fl"achen und die der arithmetischen Fuchsschen Gruppen zusammen. Auss erdem erkl"aren wir, wie unsere numerische Methode bei der Bestimmung von uniformisierenden Differenzialgleichungen dienlich sein kann. F"ur arithmetische Fuchssche Gruppen mit zwei Erzeugern erhalten wir lokale Daten und freie Parameter von Lam'{e} Gleichungen, welche die zugeh"origen Riemannschen Fl"achen uniformisieren. rnIm dritten Teil geben wir einen kurzen Abriss zur homologischen Spiegelsymmetrie und f"uhren die $widehat{Gamma}$-Klasse ein. Wir erkl"aren wie diese genutzt werden kann, um eine Hodge-theoretische Version der Spiegelsymmetrie f"ur torische Varit"aten zu beweisen. Daraus gewinnen wir Vermutungen "uber die Monodromiegruppe $M$ von Picard-Fuchs Gleichungen von gewissen Familien $f:mathcal{X}rightarrow bbp^1$ von $n$-dimensionalen Calabi-Yau Variet"aten. Diese besagen erstens, dass bez"uglich einer nat"urlichen Basis die Monodromiematrizen in $M$ Eintr"age aus dem K"orper $bbq(zeta(2j+1)/(2 pi i)^{2j+1},j=1,ldots,lfloor (n-1)/2 rfloor)$ haben. Und zweitens, dass sich topologische Invarianten des Spiegelpartners einer generischen Faser von $f:mathcal{X}rightarrow bbp^1$ aus einem speziellen Element von $M$ rekonstruieren lassen. Schliess lich benutzen wir die im ersten Teil entwickelten Methoden zur Verifizierung dieser Vermutungen, vornehmlich in Hinblick auf Dimension drei. Dar"uber hinaus erstellen wir eine Liste von Kandidaten topologischer Invarianten von vermutlich existierenden dreidimensionalen Calabi-Yau Variet"aten mit $h^{1,1}=1$.

Studio della proliferazione neoplastica e valutazione dell'efficacia della terapia mediante un approccio modellistico

I tumori, detti anche ''la malattia del secolo'', portano ogni anno alla morte di oltre 7 milioni di persone al mondo. Attualmente è una malattia molto diffusa che colpisce soprattutto persone anziane e non solo; tuttavia ancora non esiste una cura ''esatta'' che riesca a guarire la totalità delle persone: anzi si è ben lontani da questo risultato. La difficoltà nel curare queste malattie sta nel fatto che, oltre ad esservi una grande varietà di tipologie (è quindi difficile trovare una cura unica), spesse volte la malattie viene diagnosticata molto tempo dopo la comparsa per via dei sintomi che compaiono in ritardo: si intende quindi che si parla di una malattia molto subdola che spesse volte lascia poche speranze di vita. Uno strumento, utilizzato assieme alla terapie mediche, è quello della modellizzazione matematica: essa cerca di descrivere e prevedere, tramite equazioni, lo sviluppo di questo processo e, come ben si intenderà, poter conoscere in anticipo quel che accadrà al paziente è sicuramente un fattore molto rilevante per la sua cura. E' interessante vedere come una materia spesso definita come "noiosa" ed ''inutile'', la matematica, possa essere utilizzata per i più svariati, come -nel caso specifico- quello nobile della cura di un malato: questo è un aspetto di tale materia che mi ha sempre affascinato ed è anche una delle ragioni che mi ha spinto a scrivere questo elaborato. La tesi, dopo una descrizione delle basi oncologiche, si proporrà di descrivere le neoplasie da un punto di vista matematico e di trovare un algoritmo che possa prevedere l'effetto di una determinata cura. La descrizione verrà fatta secondo vari step, in modo da poter rendere la trattazione più semplice ed esaustiva per il lettore, sia egli esperto o meno dell'argomento trattato. Inizialmente si terrano distinti i modelli di dinamica tumorale da quelli di cinetica farmacologica, ma poi verrano uniti ed utilizzati assieme ad un algoritmo che permetta di determinare l'effetto della cura e i suoi effetti collaterali. Infine, nella lettura dell'elaborato il lettore deve tenere sempre a mente che si parla di modelli matematici ovvero di descrizioni che, per quanto possano essere precise, sono pur sempre delle approssimazioni della realtà: non per questo però bisogna disdegnare uno strumento così bello ed interessante -la matematica- che la natura ci ha donato.

Fondamenti e applicazioni della plasmonica

Questo lavoro ha l’obbiettivo di analizzare i principi che stanno alla base della plasmonica, partendo dallo studio dei plasmoni di superficie fino ad arrivare alle loro applicazioni. La prima parte di questa tesi riguarda l’aspetto teorico. Essendo essenzialmente eccitazioni collettive degli elettroni nell'interfaccia fra un conduttore ed un isolante, descritti da onde elettromagnetiche evanescenti, questi plasmoni superficiali, o polaritoni plasmonici di superficie (SPP), vengono studiati partendo dalle equazioni di Maxwell. Viene spiegato come questi SPP nascano dall’accoppiamento dei campi elettromagnetici con le oscillazioni degli elettroni del materiale conduttore e, utilizzando l’equazione dell’onda, si descrivono le loro proprietà in singola interfaccia e in sistemi multistrato. Il quinto capitolo analizza le metodologie di eccitazione di SPP. Sono descritte varie tecniche per l’accoppiamento di fase, per accennare poi a eccitazioni di SPP in guide d’onda, tramite fibra ottica. L’ultimo capitolo della prima parte è dedicato alla seconda tipologia di plasmoni: i plasmoni di superficie localizzati (LSP). Questi sono eccitazioni a seguito dell’accoppiamento fra elettroni di conduzione di nanoparticelle metalliche e il campo elettromagnetico ma che, a differenza dei SPP, non si propagano. Viene esplorata la fisica dei LSP trattando prima le interazioni delle nanoparticelle con le onde elettromagnetiche, poi descrivendo i processi di risonanza in una varietà di particelle differenti in numero, forma, dimensione e ambiente di appartenenza. La seconda parte della tesi riguarda invece alcune applicazioni. Vengono proposti esempi di controllo della propagazione di SPP nel contesto delle guide d’onda, analizzando l’indirizzamento di SPP su superfici planari e spiegando come le guide d’onda di nanoparticelle metalliche possano essere utilizzate per trasferire energia. Infine, viene introdotta la teoria di Mie per la diffusione e l’assorbimento della luce da parte di nanoparticelle metalliche, per quanto riguarda la colorazione apparente, con esempi sulla colorazione vitrea, come la famosa coppa di Licurgo.

Su alcune applicazioni del teorema di Stokes

Nel lavoro si dimostrano il Teorema della Divergenza e il Teorema di Stokes e le sue generalizzazioni a una curva chiusa di ordine k e a una varietà M, n-dimensionale, orientata con bordo. Successivamente si espongono due applicazioni alla fisica: l'elettromagnetismo e la formula del rotore. Nel primo caso si mostra come applicando il Teorema alle leggi di Biot-Savarat e di Faraday si ottengono le equazioni di Maxwell; nel secondo invece si osserva come il rotore rappresenti la densità superficiale di circuitazione.

Meccanica classica e meccanica quantistica nel formalismo della geometria differenziale

Si fornisce un'introduzione al formalismo geometrico della meccanica classica e quantistica, studiando dapprima lo spazio delle fasi come varietà simplettica ricavando le equazioni di Hamilton. Si descrivono in seguito gli strumenti necessari per operare in uno spazio di Hilbert, i quali risultano più complessi di quelli utilizzati per descrivere lo spazio delle fasi classico. In particolare notiamo l'esigenza di definire anche una struttura riemanniana sugli spazi complessi per poter ivi definire il prodotto scalare, le parentesi e i commutatori simmetrici.

Studio dell'effetto di diverse condizioni di tostatura sulle proprieta fisico-chimiche e biochimiche di nocciole polacche (coryllus avellana l. Var. Katalonski)

In questo lavoro di tesi è stata valutata l’influenza della tostatura a diverse condizioni di tempo e temperatura sulle principali caratteristiche qualitative di nocciole polacche (Coryllus avellana L.) di varietà Kataloński. In particolare, le prove di tostatura sono state condotte a due differenti temperature, 130 e 160 °C, ognuna delle quali applicata rispettivamente per tre diversi tempi: 40, 50, 60 e 20, 25, 30 minuti. Al fine di definire le condizioni ottimali di tostatura, i campioni ottenuti sono stati sottoposti ad analisi colorimetrica (L*,a*,b*), dell’attività dell’acqua e del contenuto in acqua (%). Inoltre, per ottenere un quadro completo della qualità delle diverse nocciole tostate, è stato valutato anche il loro contenuto in composti bioattivi per mezzo della determinazione del contenuto in fenoli totali (metodo del Folin-Ciocalteu), dei singoli composti fenolici (HPLC-MS) e dell’attività antiossidante (metodo dell’ABTS·+). In seguito ad estrazione della frazione lipidica, è stato determinato anche il contenuto in tocoferoli (HPLC-FLD) e lo stato ossidativo delle nocciole tostate per mezzo dell’analisi del numero di perossidi. Infine è stato studiato anche l’effetto della tostatura sullo sviluppo di composti volatili (GC-MS), caratteristici dell’aroma tipico delle nocciole tostate. Questo studio rappresenta un importante screening di valutazione delle nocciole tostate a diversi tempi e temperature e mostra come la temperatura sia un parametro molto importante, con una forte influenza sulle caratteristiche compositive e sensoriali del prodotto finito. Sulla varietà Kataloński non sono presenti lavori in letteratura, questo studio quindi rappresenta una novità per quanto riguarda questa specifica varietà. Le numerose analisi svolte, poi, consentono un ampio quadro dei fenomeni che si verificano durante la tostatura.

Qualita di nuove accessioni di fragola (fragaria x ananassa) in funzione del tipo di materiale di propagazione: Aspetti analitici e sensoriali

La ricerca è stata svolta presso il Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura - Unità di Ricerca per la Frutticoltura di Forlì (CRA-FRF) ed ha riguardato lo studio delle caratteristiche qualitative e di alcuni composti bioattivi dei frutti di 10 diverse accessioni varietali di fragola (6 varietà: Alba, Nora, Garda, Jonica, Brilla, Pircinque; 4 selezioni in avanzata fase di studio ottenute nell’ambito dei programmi di breeding pubblico-privati condotti e coordinati dal CRA-FRF: CE 51, CE 56, VR 177.2, VR 4) coltivate per un biennio nello stesso ambiente (cesenate). Sono state considerate due differenti tipologie di piante: frigoconservata (tipologia tradizionale) e fresca “cima radicata” (tipologia innovativa che si sta sempre più affermando presso i produttori). L’obiettivo principale di questa tesi è finalizzato alla caratterizzazione qualitativa e nutrizionale dei frutti raccolti dalle due tipologie di pianta. L’interesse di monitorare l’effetto di questa innovativa tecnica di coltivazione deriva dalla sua sempre maggiore affermazione in quanto consente una significativa riduzione dei costi di produzione. Lo studio delle 10 accessioni di fragola (tra cui quelle che attualmente stanno dominando lo standard varietale del Nord Italia) può permettere di aggiungere informazioni importanti sulla loro caratterizzazione qualitativa, in particolare sulle caratteristiche sensoriali mediante un approccio quantitativo descrittivo. Infine, la ripetizione dello studio per due annate differenti può consentire di valutare l’influenza del fattore “anno” sui caratteri studiati.

Laplace operator on finite graphs and a network diffusion model for the progression of the Alzheimer disease

Nella tesi viene descritto il Network Diffusion Model, ovvero il modello di A. Ray, A. Kuceyeski, M. Weiner inerente i meccanismi di progressione della demenza senile. In tale modello si approssima l'encefalo sano con una rete cerebrale (ovvero un grafo pesato), si identifica un generale fattore di malattia e se ne analizza la propagazione che avviene secondo meccanismi analoghi a quelli di un'infezione da prioni. La progressione del fattore di malattia e le conseguenze macroscopiche di tale processo(tra cui principalmente l'atrofia corticale) vengono, poi, descritte mediante approccio matematico. I risultati teoretici vengono confrontati con quanto osservato sperimentalmente in pazienti affetti da demenza senile. Nella tesi, inoltre, si fornisce una panoramica sui recenti studi inerenti i processi neurodegenerativi e si costruisce il contesto matematico di riferimento del modello preso in esame. Si presenta una panoramica sui grafi finiti, si introduce l'operatore di Laplace sui grafi e si forniscono stime dall'alto e dal basso per gli autovalori. Al fine di costruire una cornice matematica completa si analizza la relazione tra caso discreto e continuo: viene descritto l'operatore di Laplace-Beltrami sulle varietà riemanniane compatte e vengono fornite stime dall'alto per gli autovalori dell'operatore di Laplace-Beltrami associato a tali varietà a partire dalle stime dall'alto per gli autovalori del laplaciano sui grafi finiti.

Un teorema di immersione di Whitney

Nella tesi vengono introdotte le varietà differenziabili per poter trattare un problema di immergibilità di varietà differenziabili. Viene data una dimostrazione di un teorema di Whitney nel caso di varietà differenziabili compatte. Il teorema stabilisce che per una varietà compatta di dimensione n esiste un embedding nello spazio euclideo di dimensione 2n+1. Whitney stesso ha migliorato questo risultato, dimostrando che una varietà differenziabile può essere immersa tramite un embedding nello spazio euclideo di dimensione 2n. Nella tesi vengono dati alcuni esempi di questo miglioramento del teorema.

English as a lingua franca (elf): Un caso di studio sulle linee guida per gli autori di articoli scientifici.

La lingua inglese ha subito negli ultimi secoli una diffusione senza precedenti e viene oggi utilizzata in tutto il mondo come mezzo di comunicazione. Da questo fenomeno inedito emergono nuove prospettive di ricerca; le lingue sono infatti in continua evoluzione e si modificano attraverso l’uso. La lingua inglese, così largamente utilizzata in tutto il mondo, si sta quindi trasformando, e presenta oggi ai ricercatori aspetti originali ed innovativi. L’utilizzo dell’inglese come mezzo di comunicazione tra parlanti appartenenti a diverse linguaculture viene chiamato “ELF”, English as a Lingua Franca. Lo scopo di questa tesi è di esporre i punti fondamentali delle ricerche degli ultimi anni sull’argomento e di realizzare un piccolo studio di caso su questo tema. Lo studio avrà come oggetto le linee guida per gli autori di articoli scientifici fornite da un campione di 100 riviste specialistiche, che sono state esaminate al fine di individuare riferimenti alla lingua inglese, alle sue varietà e a parlanti nativi e non nativi. L’obbiettivo sarà quindi quello di ottenere un idea generale sulla posizione dei parlanti non nativi all’interno della comunità scientifica.

Analysis of the spectrum of the spin-1 biquadratic antiferromagnetic chain

In questo elaborato vengono discusse le catene di spin-1, modelli quantistici definiti su un reticolo unidimensionale con interazione tra siti primi vicini. Fra la ricca varietà di tipologie esistenti è stato scelto di porre attenzione primariamente sul modello antiferromagnetico con interazione puramente biquadratica. Vengono presentati diversi metodi di classificazione degli autostati di tale modello, a partire dalle simmetrie che ne caratterizzano l’Hamiltoniana. La corrispondenza con altri modelli noti, quali il modello XXZ di spin 1/2, la catena di Heisenberg SU (3) ed i modelli di Potts, è utile ad individuare strutture simmetriche nascoste nel formalismo di spin-1, le quali consentono di ricavare informazioni sullo spettro energetico. Infine, vengono presentati risultati numerici accompagnati da alcune considerazioni sulle modifiche dello spettro quando si aggiunge un termine bilineare alla Hamiltoniana biquadratica.

Progettazione dinastica: il caso Marpatech s.r.l.

Applicazione del metodo della "Progettazione dinastica" al caso Marpatech s.r.l., azienda inserita nell'ambito del packaging. Tale metodo viene applicato per la riorganizzazione della produzione, in particolare, in questo caso, della metodologia di lavoro all'interno dell'ufficio tecnico. Si è analizzata la varietà dei componenti che costituiscono le linee di trasporto facenti parte delle famiglie "trasporto sfuso" e "trasporto cartoni", per poi definire un capostipite della futura dinastia di prodotti e progettando componenti standard con logiche di modularità, range, fisso/variabile. Infine si sono applicati i risultati ottenuti ad una commessa realizzata nell'anno 2013 ed è stato fatto un confronto tra i due casi. L'obiettivo conseguito è stato ridurre la varietà dei prodotti, definendo il capostipite, e definendo i principali componenti standard, opzionali e speciali, e ridurre i costi e i tempi imputabili all'ufficio tecnico.

Applicazione di reticoli di Bragg "chirped" per il monitoraggio strutturale di laminati CFRP

L’uso dei materiali compositi è andato aumentando negli ultimi decenni per la loro elevata rigidezza, la resistenza specifica e il possibile risparmio, notevole in termini di peso dell’intera struttura. Tali materiali introducono però nuove problematiche riguardanti le modalità di danneggiamento e il comportamento a fatica. Mentre questi fenomeni sono relativamente ben compresi nei materiali metallici, per una struttura in composito non esistono ancora modelli in grado di predire con sufficiente affidabilità l’evoluzione del danneggiamento. Negli ultimi anni la ricerca si è focalizzata sullo sviluppo di sistemi in grado di rilevare la presenza e l’evoluzione del danno, definiti Structural Health Monitoring Systems, ovvero sistemi di monitoraggio strutturale. Il danneggiamento strutturale può così essere individuato e identificato per mezzo di sensori distribuiti integrati nella struttura stessa, aventi la possibilità di trasmettere queste informazioni a un sistema di analisi esterno permettendo di valutare lo stato di degrado della struttura in tempo reale. In questo contesto si inseriscono le attività di ricerca sulle strutture intelligenti che, inglobando al loro interno opportune tipologie di sensori e attuatori, sono in grado di monitorare l’ambiente fisico operativo, raccoglierne e interpretarne le informazioni per poi rispondere ai cambiamenti della struttura in modo appropriato attraverso gli attuatori. L’impiego di sensori e attuatori inglobati nelle strutture offre molteplici vantaggi rispetto ai sistemi di trasduzione e attuazione convenzionali. L’attività di ricerca condotta in questa tesi è rivolta all’indagine di tecniche di SHM per mezzo di sensori a fibra ottica. Essi presentano molteplici peculiarità che li rendono i candidati ideali per queste applicazioni. Esistono diversi tipi di sensori che utilizzano le fibre ottiche. Nel presente lavoro si sono utilizzati sensori di deformazione basati sui reticoli di Bragg (FBG) chirped. Questi sensori sono costituiti da un reticolo inscritto all’interno della fibra, che ha l’effetto di riflettere solo alcune lunghezze d’onda della luce incidente. Se le proprietà geometriche del reticolo cambiano per effetto di una deformazione, cambia anche la forma dello spettro riflesso. Inoltre, con il tipo di sensore usato, è possibile correlare lo spettro con la posizione di eventuali danneggiamenti interni al materiale. Gli obbiettivi di questa ricerca sono di verificare gli effetti della presenza di una fibra ottica sulle caratteristiche meccaniche di un laminato e di trovare un legame tra la risposta in frequenza del sensore FBG e lo stato tensionale e il grado di danneggiamento di un componente in composito.

Presentazioni di gruppi con generatori e relazioni

La struttura di gruppo è una delle strutture algebriche più semplici e importanti della matematica. Un gruppo si può descrivere in vari modi: uno dei più interessanti è la presentazione per generatori e relazioni. Sostanzialmente presentare un gruppo per generatori e relazioni significa dire quali specifiche ”regole di calcolo” e semplificazione valgono nel gruppo in considerazione oltre a quelle che derivano dagli assiomi di gruppo. Questo porta in particolare alla definizione di gruppo libero. Un gruppo libero non ha regole di calcolo oltre quelle derivanti dagli assiomi di gruppo. Ogni gruppo è un quoziente di un gruppo libero su un appropriato insieme di generatori per un sottogruppo normale, generato dalle relazioni. In questa tesi si ricordano le definizioni più importanti ed elementari della teoria dei gruppi e si passa in seguito a discutere il gruppo libero e le presentazioni di gruppi con generatori e relazioni, dando alcuni esempi. La tesi si conclude illustrando l’algoritmo di Coxeter e Todd, per enumerare le classi laterali di un sottogruppo quando si ha un gruppo presentato per generatori e relazioni.

Sviluppo di un ambiente per il progetto di strutture aerospaziali basate su elementi a forbice

L'obiettivo di questo elaborato è sviluppare un ambiente Matlab per il progetto ed il disegno di strutture utilizzabili in campo aerospaziale, basate su elementi a forbice. Questi elementi presentano la possibilità di espandersi così che una struttura con ridotto ingombro in posizione retratta può espandersi fino ad aumentare le sue dimensioni di diverse volte. Per la progettazione di questo ambiente è stato necessario studiare le relazioni geometriche che regolano i movimenti di questi elementi. Sono poi state implementate delle funzioni in ambiente Matlab® per studiare il movimento di questi elementi, partendo dalla simulazione del singolo elemento, per poi passare a strutture sempre più complicate realizzate come assemblaggio di più strutture elementari. Inoltre è stata progettata e implementata un’interfaccia grafica intuitiva con lo scopo di facilitare il compito del progettista. L’ambiente realizzato permette il progetto e il disegno di alcune semplici strutture, ma può essere ulteriormente sviluppato per implementare un numero sempre maggiore di strutture basate su elementi a forbice. Grazie all’ambiente realizzato, inserendo pochi parametri di progetto nell’apposita interfaccia, si può ottenere il dimensionamento di una struttura, la sua visualizzazione e simulare la sua espansione. Anche se l’ambiente è stato pensato per gestire una grande varietà di soluzioni costruttive, ne sono state implementate due: una struttura piana basata sulla ripetizione circolare di un elemento a forbice e una struttura tridimensionale basata su una serie di corone circolari disposte nello spazio. Queste, seppur non riconducibili a precise realizzazioni aerospaziali, possono essere la base per la progettazione di reali applicazioni come ad esempio satelliti espandibili nel caso 3D. La tesi presenta quindi: un’analisi delle relazioni geometriche che stanno alla base del movimento degli elementi a forbice, una descrizione delle funzioni implementate per simulare le due strutture prese in esame, la presentazione di quali caratteristiche sono state implementate nell’interfaccia grafica e come questa è stata implementata in Matlab, un cenno alle conclusioni che si possono trarre e ad alcuni possibili sviluppi.