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 $h^{1,1}=1$.

Central elements of the elliptic Zn monodromy matrix algebra at roots of unity

The central elements of the algebra of monodromy matrices associated with the Z(n) R-matrix are studied. When the crossing parameter w takes a special rational value w = n/N, where N and n are positive coprime integers, the center is substantially larger than that in the generic case for which the quantum determinant provides the center. In the trigonometric limit, the situation corresponds to the quantum group at roots of unity. This is a higher rank generalization of the recent results by Belavin and Jimbo. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Classical integrability in the BTZ black hole

Using the fact the BTZ black hole is a quotient of AdS(3) we show that classical string propagation in the BTZ background is integrable. We construct the flat connection and its monodromy matrix which generates the non-local charges. From examining the general behaviour of the eigen values of the monodromy matrix we determine the set of integral equations which constrain them. These equations imply that each classical solution is characterized by a density function in the complex plane. For classical solutions which correspond to geodesics and winding strings we solve for the eigen values of the monodromy matrix explicitly and show that geodesics correspond to zero density in the complex plane. We solve the integral equations for BMN and magnon like solutions and obtain their dispersion relation. We show that the set of integral equations which constrain the eigen values of the monodromy matrix can be identified with the continuum limit of the Bethe equations of a twisted SL(2, R) spin chain at one loop. The Landau-Lifshitz equations from the spin chain can also be identified with the sigma model equations of motion.

Proper holomorphic mappings of balanced domains in C-n

We extend a well-known result, about the unit ball, by H. Alexander to a class of balanced domains in . Specifically: we prove that any proper holomorphic self-map of a certain type of balanced, finite-type domain in , is an automorphism. The main novelty of our proof is the use of a recent result of Opshtein on the behaviour of the iterates of holomorphic self-maps of a certain class of domains. We use Opshtein's theorem, together with the tools made available by finiteness of type, to deduce that the aforementioned map is unbranched. The monodromy theorem then delivers the result.

Phase noise analysis of a mechanical autonomous impact oscillator with a MEMS resonator

In this paper, phase noise analysis of a mechanical autonomous impact oscillator with a MEMS resonator is performed. Since the circuit considered belongs to the class of hybrid systems, methods based on the variational model for the evaluation of either phase noise or steady state solutions cannot be directly applied. As a matter of fact, the monodromy matrix is not defined at impact events in these systems. By introducing saltation matrices, this limit is overcome and the aforementioned methods are extended. In particular, the unified theory developed by Demir is used to analyze the phase noise after evaluating the asymptotically stable periodic solution of the system by resorting to the shooting method. Numerical results are presented to show how noise sources affect the phase noise performances. © 2011 IEEE.

When Does a Polynomial Over a Finite Field Permute the Elements of the Field?

We present a class of indecomposable polynomials of non prime-power degree over the finite field of two elements which are permutation polynomials on infinitely many finite extensions of the field. The associated geometric monodromy groups are the simple ...

Bicontactual hypermaps

Esta tese dedica-se ao estudo de hipermapas regulares bicontactuais, hipermapas com a propriedade que cada hiperface contacta só com outras duas hiperfaces. Nos anos 70, S. Wilson classificou os mapas bicontactuais e, em 2003, Wilson e Breda d’Azevedo classificaram os hipermapas bicontactuais no caso não-orientável. Quando esta propriedade é transferida para hipermapas origina três tipos de bicontactualidade, atendendo ao modo como as duas hiperfaces aparecem à volta de uma hiperface fixa: edge-twin, vertextwin and alternate (dois deles são o dual um do outro). Um hipermapa topológico é um mergulho celular de um grafo conexo trivalente numa superfície compacta e conexa tal que as células são 3-coloridas. Ou de maneira mais simples, um hipermapa pode ser visto como um mapa bipartido. Um hipermapa orientado regular é um triplo ordenado consistindo num conjunto finito e dois geradores, que são permutações (involuções) do conjunto tal que o grupo gerado por eles, chamado o grupo de monodromia, actua regularmente no conjunto. Nesta tese, damos uma classificação de todos os hipermapas orientados regulares bicontactuais e, para completar, reclassificamos, usando o nosso método algébrico, os hipermapas não-orientáveis bicontactuais.

Classification analytique de systèmes différentiels linéaires déployant une singularité irrégulière de rang de Poincaré 1

Cette thèse traite de la classification analytique du déploiement de systèmes différentiels linéaires ayant une singularité irrégulière. Elle est composée de deux articles sur le sujet: le premier présente des résultats obtenus lors de l'étude de la confluence de l'équation hypergéométrique et peut être considéré comme un cas particulier du second; le deuxième contient les théorèmes et résultats principaux. Dans les deux articles, nous considérons la confluence de deux points singuliers réguliers en un point singulier irrégulier et nous étudions les conséquences de la divergence des solutions au point singulier irrégulier sur le comportement des solutions du système déployé. Pour ce faire, nous recouvrons un voisinage de l'origine (de manière ramifiée) dans l'espace du paramètre de déploiement $\epsilon$. La monodromie d'une base de solutions bien choisie est directement reliée aux matrices de Stokes déployées. Ces dernières donnent une interprétation géométrique aux matrices de Stokes, incluant le lien (existant au moins pour les cas génériques) entre la divergence des solutions à $\epsilon=0$ et la présence de solutions logarithmiques autour des points singuliers réguliers lors de la résonance. La monodromie d'intégrales premières de systèmes de Riccati correspondants est aussi interprétée en fonction des éléments des matrices de Stokes déployées. De plus, dans le second article, nous donnons le système complet d'invariants analytiques pour le déploiement de systèmes différentiels linéaires $x^2y'=A(x)y$ ayant une singularité irrégulière de rang de Poincaré $1$ à l'origine au-dessus d'un voisinage fixé $\mathbb{D}_r$ dans la variable $x$. Ce système est constitué d'une partie formelle, donnée par des polynômes, et d'une partie analytique, donnée par une classe d'équivalence de matrices de Stokes déployées. Pour chaque valeur du paramètre $\epsilon$ dans un secteur pointé à l'origine d'ouverture plus grande que $2\pi$, nous recouvrons l'espace de la variable, $\mathbb{D}_r$, avec deux secteurs et, au-dessus de chacun, nous choisissons une base de solutions du système déployé. Cette base sert à définir les matrices de Stokes déployées. Finalement, nous prouvons un théorème de réalisation des invariants qui satisfont une condition nécessaire et suffisante, identifiant ainsi l'ensemble des modules.

Characterization of the unfolding of a weak focus and modulus of analytic classification

La thèse présente une description géométrique d’un germe de famille générique déployant un champ de vecteurs réel analytique avec un foyer faible à l’origine et son complexifié : le feuilletage holomorphe singulier associé. On montre que deux germes de telles familles sont orbitalement analytiquement équivalents si et seulement si les germes de familles de difféomorphismes déployant la complexification de leurs fonctions de retour de Poincaré sont conjuguées par une conjugaison analytique réelle. Le “caractère réel” de la famille correspond à sa Z2-équivariance dans R^4, et cela s’exprime comme l’invariance du plan réel sous le flot du système laquelle, à son tour, entraîne que l’expansion asymptotique de la fonction de Poincaré est réelle quand le paramètre est réel. Le pullback du plan réel après éclatement par la projection monoidal standard intersecte le feuilletage en une bande de Möbius réelle. La technique d’éclatement des singularités permet aussi de donner une réponse à la question de la “réalisation” d’un germe de famille déployant un germe de difféomorphisme avec un point fixe de multiplicateur égal à −1 et de codimension un comme application de semi-monodromie d’une famille générique déployant un foyer faible d’ordre un. Afin d’étudier l’espace des orbites de l’application de Poincaré, nous utilisons le point de vue de Glutsyuk, puisque la dynamique est linéarisable auprès des points singuliers : pour les valeurs réels du paramètre, notre démarche, classique, utilise une méthode géométrique, soit un changement de coordonée (coordonée “déroulante”) dans lequel la dynamique devient beaucoup plus simple. Mais le prix à payer est que la géométrie locale du plan complexe ambiante devient une surface de Riemann, sur laquelle deux notions de translation sont définies. Après avoir pris le quotient par le relèvement de la dynamique nous obtenons l’espace des orbites, ce qui s’avère être l’union de trois tores complexes plus les points singuliers (l’espace résultant est non-Hausdorff). Les translations, le caractère réel de l’application de Poincaré et le fait que cette application est un carré relient les différentes composantes du “module de Glutsyuk”. Cette propriété implique donc le fait qu’une seule composante de l’invariant Glutsyuk est indépendante.

Unfolded singularities of analytic differential equations

La thèse est composée d’un chapitre de préliminaires et de deux articles sur le sujet du déploiement de singularités d’équations différentielles ordinaires analytiques dans le plan complexe. L’article Analytic classification of families of linear differential systems unfolding a resonant irregular singularity traite le problème de l’équivalence analytique de familles paramétriques de systèmes linéaires en dimension 2 qui déploient une singularité résonante générique de rang de Poincaré 1 dont la matrice principale est composée d’un seul bloc de Jordan. La question: quand deux telles familles sontelles équivalentes au moyen d’un changement analytique de coordonnées au voisinage d’une singularité? est complètement résolue et l’espace des modules des classes d’équivalence analytiques est décrit en termes d’un ensemble d’invariants formels et d’un invariant analytique, obtenu à partir de la trace de la monodromie. Des déploiements universels sont donnés pour toutes ces singularités. Dans l’article Confluence of singularities of non-linear differential equations via Borel–Laplace transformations on cherche des solutions bornées de systèmes paramétriques des équations non-linéaires de la variété centre de dimension 1 d’une singularité col-noeud déployée dans une famille de champs vectoriels complexes. En général, un système d’ÉDO analytiques avec une singularité double possède une unique solution formelle divergente au voisinage de la singularité, à laquelle on peut associer des vraies solutions sur certains secteurs dans le plan complexe en utilisant les transformations de Borel–Laplace. L’article montre comment généraliser cette méthode et déployer les solutions sectorielles. On construit des solutions de systèmes paramétriques, avec deux singularités régulières déployant une singularité irrégulière double, qui sont bornées sur des domaines «spirals» attachés aux deux points singuliers, et qui, à la limite, convergent vers une paire de solutions sectorielles couvrant un voisinage de la singularité confluente. La méthode apporte une description unifiée pour toutes les valeurs du paramètre.

The doodle of a finitely determined map germ from R(2) to R(3)

Let f : U subset of R(2) -> R(3) be a representative of a finitely determined map germ f : (R(2), 0) -> (R(3), 0). Consider the curve obtained as the intersection of the image of the mapping f with a sufficiently small sphere s(epsilon)(2) centered at the origin in R(3), call this curve the associated doodle of the map germ f. For a large class of map germs the associated doodle has many transversal self-intersections. The topological classification of such map germs is considered from the point of view of the associated doodles. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Controllability and stabilizability of linear time-varying distributed hereditary control systems

This paper is concerned with the controllability and stabilizability problem for control systems described by a time-varyinglinear abstract differential equation with distributed delay in the state variables. An approximate controllability propertyis established, and for periodic systems, the stabilization problem is studied. Assuming that the semigroup of operatorsassociated with the uncontrolled and non delayed equation is compact, and using the characterization of the asymptoticstability in terms of the spectrum of the monodromy operator of the uncontrolled system, it is shown that the approximatecontrollability property is a sufficient condition for the existence of a periodic feedback control law that stabilizes thesystem. The result is extended to include some systems which are asymptotically periodic. Copyright © 2014 John Wiley &Sons, Ltd.

On differential operators of Calabi-Yau type

This thesis is devoted to the study of Picard-Fuchs operators associated to one-parameter families of $n$-dimensional Calabi-Yau manifolds whose solutions are integrals of $(n,0)$-forms over locally constant $n$-cycles. Assuming additional conditions on these families, we describe algebraic properties of these operators which leads to the purely algebraic notion of operators of CY-type. rnMoreover, we present an explicit way to construct CY-type operators which have a linearly rigid monodromy tuple. Therefore, we first usernthe translation of the existence algorithm by N. Katz for rigid local systems to the level of tuples of matrices which was established by M. Dettweiler and S. Reiter. An appropriate translation to the level of differential operators yields families which contain operators of CY-type. rnConsidering additional operations, we are also able to construct special CY-type operators of degree four which have a non-linearly rigid monodromy tuple. This provides both previously known and new examples.

L-2-Kohomologie von Calabi-Yau-Familien über Kurven

Ist $f: X \to S$ eine glatte Familie von Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten der Dimension $m$ über einer quasiprojektiven Kurve, so trägt nach einem Resultat von Zucker die erste $L^2$-Kohomologiegruppe $H^1_{(2)}(S, R^m f_* \mathbb{C}_X)$ eine reine Hodgestruktur vom Gewicht $m+1$. In dieser Arbeit berechnen wir die Hodgezahlen solcher Hodgestrukturen für $m= 1, 2, 3$ und verallgemeinern dabei Formeln aus einem Artikel von del Angel, Müller-Stach, van Straten und Zuo auf den Fall, in dem die lokalen Monodromiematrizen bei Unendlich nicht unipotent, sondern echt quasi-unipotent sind. Wir verwenden dazu den $L^2$-Higgs-Komplex nach Jost, Yang und Zuo. Für Familien von Kurven führt dies auf eine bereits bekannte Formel von Cox und Zucker. Schließlich wenden wir die Ergebnisse im Fall $m=3$ auf 14 Familien von Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten an, die eine Rolle in der Spiegelsymmetrie spielen, sowie auf eine von Rohde konstruierte Familie ohne Punkte mit maximal unipotenter Monodromie.

Decomposing Blaschke Products And Polynomials

The goal of this paper is to contribute to the understanding of complex polynomials and Blaschke products, two very important function classes in mathematics. For a polynomial, $f,$ of degree $n,$ we study when it is possible to write $f$ as a composition $f=g\circ h$, where $g$ and $h$ are polynomials, each of degree less than $n.$ A polynomial is defined to be \emph{decomposable }if such an $h$ and $g$ exist, and a polynomial is said to be \emph{indecomposable} if no such $h$ and $g$ exist. We apply the results of Rickards in \cite{key-2}. We show that $$C_{n}=\{(z_{1},z_{2},...,z_{n})\in\mathbb{C}^{n}\,|\,(z-z_{1})(z-z_{2})...(z-z_{n})\,\mbox{is decomposable}\},$$ has measure $0$ when considered a subset of $\mathbb{R}^{2n}.$ Using this we prove the stronger result that $$D_{n}=\{(z_{1},z_{2},...,z_{n})\in\mathbb{C}^{n}\,|\,\mbox{There exists\,}a\in\mathbb{C}\,\,\mbox{with}\,\,(z-z_{1})(z-z_{2})...(z-z_{n})(z-a)\,\mbox{decomposable}\},$$ also has measure zero when considered a subset of $\mathbb{R}^{2n}.$ We show that for any polynomial $p$, there exists an $a\in\mathbb{C}$ such that $p(z)(z-a)$ is indecomposable, and we also examine the case of $D_{5}$ in detail. The main work of this paper studies finite Blaschke products, analytic functions on $\overline{\mathbb{D}}$ that map $\partial\mathbb{D}$ to $\partial\mathbb{D}.$ In analogy with polynomials, we discuss when a degree $n$ Blaschke product, $B,$ can be written as a composition $C\circ D$, where $C$ and $D$ are finite Blaschke products, each of degree less than $n.$ Decomposable and indecomposable are defined analogously. Our main results are divided into two sections. First, we equate a condition on the zeros of the Blaschke product with the existence of a decomposition where the right-hand factor, $D,$ has degree $2.$ We also equate decomposability of a Blaschke product, $B,$ with the existence of a Poncelet curve, whose foci are a subset of the zeros of $B,$ such that the Poncelet curve satisfies certain tangency conditions. This result is hard to apply in general, but has a very nice geometric interpretation when we desire a composition where the right-hand factor is degree 2 or 3. Our second section of finite Blaschke product results builds off of the work of Cowen in \cite{key-3}. For a finite Blaschke product $B,$ Cowen defines the so-called monodromy group, $G_{B},$ of the finite Blaschke product. He then equates the decomposability of a finite Blaschke product, $B,$ with the existence of a nontrivial partition, $\mathcal{P},$ of the branches of $B^{-1}(z),$ such that $G_{B}$ respects $\mathcal{P}$. We present an in-depth analysis of how to calculate $G_{B}$, extending Cowen's description. These methods allow us to equate the existence of a decomposition where the left-hand factor has degree 2, with a simple condition on the critical points of the Blaschke product. In addition we are able to put a condition of the structure of $G_{B}$ for any decomposable Blaschke product satisfying certain normalization conditions. The final section of this paper discusses how one can put the results of the paper into practice to determine, if a particular Blaschke product is decomposable. We compare three major algorithms. The first is a brute force technique where one searches through the zero set of $B$ for subsets which could be the zero set of $D$, exhaustively searching for a successful decomposition $B(z)=C(D(z)).$ The second algorithm involves simply examining the cardinality of the image, under $B,$ of the set of critical points of $B.$ For a degree $n$ Blaschke product, $B,$ if this cardinality is greater than $\frac{n}{2}$, the Blaschke product is indecomposable. The final algorithm attempts to apply the geometric interpretation of decomposability given by our theorem concerning the existence of a particular Poncelet curve. The final two algorithms can be implemented easily with the use of an HTML