Solutions de rang k et invariants de Riemann pour les systèmes de type hydrodynamique multidimensionnels

Dans ce travail, nous adaptons la méthode des symétries conditionnelles afin de construire des solutions exprimées en termes des invariants de Riemann. Dans ce contexte, nous considérons des systèmes non elliptiques quasilinéaires homogènes (de type hydrodynamique) du premier ordre d'équations aux dérivées partielles multidimensionnelles. Nous décrivons en détail les conditions nécessaires et suffisantes pour garantir l'existence locale de ce type de solution. Nous étudions les relations entre la structure des éléments intégraux et la possibilité de construire certaines classes de solutions de rang k. Ces classes de solutions incluent les superpositions non linéaires d'ondes de Riemann ainsi que les solutions multisolitoniques. Nous généralisons cette méthode aux systèmes non homogènes quasilinéaires et non elliptiques du premier ordre. Ces méthodes sont appliquées aux équations de la dynamique des fluides en (3+1) dimensions modélisant le flot d'un fluide isentropique. De nouvelles classes de solutions de rang 2 et 3 sont construites et elles incluent des solutions double- et triple-solitoniques. De nouveaux phénomènes non linéaires et linéaires sont établis pour la superposition des ondes de Riemann. Finalement, nous discutons de certains aspects concernant la construction de solutions de rang 2 pour l'équation de Kadomtsev-Petviashvili sans dispersion.

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.

Sur les solutions invariantes et conditionnellement invariantes des équations de la magnétohydrodynamique

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Sur les solutions invariantes et conditionnellement invariantes des équations de la magnétohydrodynamique

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Flat connections, geometric invariants and energy of harmonic functions on compact Riemann surfaces

A geometric invariant is associated to the space of fiat connections on a G-bundle over a compact Riemann surface and is related to the energy of harmonic functions.

On the problem of algebraic completeness for the invariants of the Riemann Tensor: I

We present a new determining set, CZ, of Riemann invariants which possesses the minimum degree property. From an analysis on the possible independence of CZ, we are led to the division of all space-times into two distinct, invariantly characterized, classes: a general class M_G+, and a special, singular class M_S For each class, we provide an independent set of invariants (I_G+) ⊂ CZ and I_S ⊂ CZ, respectively) which, with the results of a sequel paper, will be shown to be algebraically complete.

On the problem of algebraic completeness for the invariants of the Riemann tensor. III.

We study the set CZ of invariants [Zakhary and Carminati, J. Math. Phys. 42, 1474 (2001)] for the class of space-times whose Ricci tensors possess a null eigenvector. We show that all cases are maximally backsolvable, in terms of sets of invariants from CZ, but that some cases are not completely backsolvable and these all possess an alignment between an eigenvector of the Ricci tensor with a repeated principal null vector of the Weyl tensor. We provide algebraically complete sets for each canonically different space-time and hence conclude with these results and those of a previous article [Carminati, Zakhary, and McLenaghan, J. Math. Phys. 43, 492 (2002)] that the CZ set is determining or maximal.

The determination of all syzygies for the dependent polynomial invariants of the Riemann tensor. I. Pure Ricci and pure Weyl invariants

In this paper, we shall consider all pure Ricci and pure Weyl scalar invariants of any degree, in a four-dimensional Lorentzian space. We present a general graph-theoretic based reduction algorithm which decomposes, using syzygies, any pure invariant in terms of the independent base invariants {r₁,r₂,r₃} or {w₁,w₂}

The determination of all syzygies for the dependent polynomial invariants of the Riemann Tensor. II. mixed invariants of Eeven degree in the Ricci Spinor

We continue our analysis of the polynomial invariants of the Riemann tensor in a four-dimensional Lorentzian space. We concentrate on the mixed invariants of even degree in the Ricci spinor Φ_ABȦḂ and show how, using constructive graph-theoretic methods, arbitrary scalar contractions between copies of the Weyl spinor ψ_ABCD, its conjugate ψ_ȦḂĊḊ and an even number of Ricci spinors can be expressed in terms of paired contractions between these spinors. This leads to an algorithm for the explicit expression of dependent invariants as polynomials of members of the complete set. Finally, we rigorously prove that the complete set as given by Sneddon [J. Math. Phys. 39, 1659-1679 (1998)] for this case is both complete and minimal.

Determination of all syzygies for the dependent polynomial invariants of the Riemann Tensor. III. mixed invariants of arbitrary degree in the Ricci Spinor

In this paper, we rigorously prove that the complete set of Riemann tensor invariants given by Sneddon [J. Math. Phys. 40, 5905 (1999)] is both minimal and complete. Furthermore, we provide a two-stage algorithm for the explicit construction of polynomial syzygies relating any dependent Riemann tensor invariant to members of the complete set.

On the problem of algebraic completeness for the invariants of the Riemann tensor. II

We study the set of invariants CZ [E. Zakhary and J. Carminati, J. Math. Phys. 42, 1474 (2001)] for the class of space-times whose Ricci tensors do not possess a null eigenvector. We show that all cases are completely backsolvable in terms of sets of invariants from CZ. We provide algebraically complete sets for each canonically different space-time.

Syzygies of the polynomial invariants of the Riemann tensor

This thesis introduces a novel way of writing polynomial invariants as network graphs, and applies this diagrammatic notation scheme, in conjunction with graph theory, to derive algorithms for constructing relationships (syzygies) between different invariants. These algorithms give rise to a constructive solution of a longstanding classical problem in invariant theory.

Flat connections, geometric invariants and the symplectic nature of the fundamental group of surfaces

In this paper we associate a new geometric invariant to the space of fiat connections on a G (= SU(2))-bundle on a compact Riemann surface M and relate it tcr the symplectic structure on the space Hom(pi(1)(M), G)/G consisting of representations of the fundamental group pi(1)(M) Of M into G module the conjugate action of G on representations.