INFERENCE FOR EIGENVALUES AND EIGENVECTORS OF GAUSSIAN SYMMETRIC MATRICES

This article presents maximum likelihood estimators (MLEs) and log-likelihood ratio (LLR) tests for the eigenvalues and eigenvectors of Gaussian random symmetric matrices of arbitrary dimension, where the observations are independent repeated samples from one or two populations. These inference problems are relevant in the analysis of diffusion tensor imaging data and polarized cosmic background radiation data, where the observations are, respectively, 3 x 3 and 2 x 2 symmetric positive definite matrices. The parameter sets involved in the inference problems for eigenvalues and eigenvectors are subsets of Euclidean space that are either affine subspaces, embedded submanifolds that are invariant under orthogonal transformations or polyhedral convex cones. We show that for a class of sets that includes the ones considered in this paper, the MLEs of the mean parameter do not depend on the covariance parameters if and only if the covariance structure is orthogonally invariant. Closed-form expressions for the MLEs and the associated LLRs are derived for this covariance structure.

Can we make a Bohmian electron reach the speed of light, at least for one instant?

In Bohmian mechanics, a version of quantum mechanics that ascribes world lines to electrons, we can meaningfully ask about an electron's instantaneous speed relative to a given inertial frame. Interestingly, according to the relativistic version of Bohmian mechanics using the Dirac equation, a massive particle's speed is less than or equal to the speed of light, but not necessarily less. That is, there are situations in which the particle actually reaches the speed of light-a very nonclassical behavior. That leads us to the question of whether such situations can be arranged experimentally. We prove a theorem, Theorem 5, implying that for generic initial wave functions the probability that the particle ever reaches the speed of light, even if at only one point in time, is zero. We conclude that the answer to the question is no. Since a trajectory reaches the speed of light whenever the quantum probability current (psi) over bar gamma(mu)psi is a lightlike 4-vector, our analysis concerns the current vector field of a generic wave function and may thus be of interest also independently of Bohmian mechanics. The fact that the current is never spacelike has been used to argue against the possibility of faster-than-light tunneling through a barrier, a somewhat similar question. Theorem 5, as well as a more general version provided by Theorem 6, are also interesting in their own right. They concern a certain property of a function psi : R(4) -> C(4) that is crucial to the question of reaching the speed of light, namely being transverse to a certain submanifold of C(4) along a given compact subset of space-time. While it follows from the known transversality theorem of differential topology that this property is generic among smooth functions psi : R(4) -> C(4), Theorem 5 asserts that it is also generic among smooth solutions of the Dirac equation. (C) 2010 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3520529]

Non compact euclidean cone 3-manifolds with cone angles less than 2∏

We study of noncompact Euclidean cone manifolds with cone angles less than c&2π and singular locus a submanifold. More precisely, we describe its structure outside a compact set. As a corol lary we classify those with cone angles & 2π/3 and those with cone angles = 2π/3.

Éclatement et contraction lagrangiens et applications

Soit (M, ω) une variété symplectique. Nous construisons une version de l’éclatement et de la contraction symplectique, que nous définissons relative à une sous-variété lagrangienne L ⊂ M. En outre, si M admet une involution anti-symplectique ϕ, et que nous éclatons une configuration suffisament symmetrique des plongements de boules, nous démontrons qu’il existe aussi une involution anti-symplectique sur l’éclatement ~M. Nous dérivons ensuite une condition homologique pour les surfaces lagrangiennes réeles L = Fix(ϕ), qui détermine quand la topologie de L change losqu’on contracte une courbe exceptionnelle C dans M. Finalement, on utilise ces constructions afin d’étudier le packing relatif dans (ℂP²,ℝP²).

Structures quantiques de certaines sous-variétés lagrangiennes non-monotones

Soit (M,ω) un variété symplectique fermée et connexe.On considère des sous-variétés lagrangiennes α : L → (M,ω). Si α est monotone, c.- à-d. s’il existe η > 0 tel que ημ = ω, Paul Biran et Octav Conea ont défini une version relative de l’homologie quantique. Dans ce contexte ils ont déformé l’opérateur de bord du complexe de Morse ainsi que le produit d’intersection à l’aide de disques pseudo-holomorphes. On note (QH(L), ∗), l’homologie quantique de L munie du produit quantique. Le principal objectif de cette dissertation est de généraliser leur construction à un classe plus large d’espaces. Plus précisément on considère soit des sous-variétés presque monotone, c.-à-d. α est C1-proche d’un plongement lagrangian monotone ; soit les fibres toriques de variétés toriques Fano. Dans ces cas non nécessairement monotones, QH(L) va dépendre de certains choix, mais cela sera irrelevant pour les applications présentées ici. Dans le cas presque monotone, on s’intéresse principalement à des questions de déplaçabilité, d’uniréglage et d’estimation d’énergie de difféomorphismes hamiltoniens. Enfin nous terminons par une application combinant les deux approches, concernant la dynamique d’un hamiltonien déplaçant toutes les fibres toriques non-monotones dans CPn.

L'éclatement en géométrie algébrique, différentielle et symplectique

L'éclatement est une transformation jouant un rôle important en géométrie, car il permet de résoudre des singularités, de relier des variétés birationnellement équivalentes, et de construire des variétés possédant des propriétés inédites. Ce mémoire présente d'abord l'éclatement tel que développé en géométrie algébrique classique. Nous l'étudierons pour le cas des variétés affines et (quasi-)projectives, en un point, et le long d'un idéal et d'une sous-variété. Nous poursuivrons en étudiant l'extension de cette construction à la catégorie différentiable, sur les corps réels et complexes, en un point et le long d'une sous-variété. Nous conclurons cette section en explorant un exemple de résolution de singularité. Ensuite nous passerons à la catégorie symplectique, où nous ferons la même chose que pour le cas différentiable complexe, en portant une attention particulière à la forme symplectique définie sur la variété. Nous terminerons en étudiant un théorème dû à François Lalonde, où l'éclatement joue un rôle clé dans la démonstration. Ce théorème affirme que toute 4-variété fibrée par des 2-sphères sur une surface de Riemann, et différente du produit cartésien de deux 2-sphères, peut être équipée d'une 2-forme qui lui confère une structure symplectique réglée par des courbes holomorphes par rapport à sa structure presque complexe, et telle que l'aire symplectique de la base est inférieure à la capacité de la variété. La preuve repose sur l'utilisation de l'éclatement symplectique. En effet, en éclatant symplectiquement une boule contenue dans la 4-variété, il est possible d'obtenir une fibration contenant deux sphères d'auto-intersection -1 distinctes: la pré-image du point où est fait l'éclatement complexe usuel, et la transformation propre de la fibre. Ces dernières sont dites exceptionnelles, et donc il est possible de procéder à l'inverse de l'éclatement - la contraction - sur chacune d'elles. En l'accomplissant sur la deuxième, nous obtenons une variété minimale, et en combinant les informations sur les aires symplectiques de ses classes d'homologies et de celles de la variété originale nous obtenons le résultat.

Source spaces and perturbations for cluster complexes

Dans ce travail, nous définissons des objets composés de disques complexes marqués reliés entre eux par des segments de droite munis d’une longueur. Nous construisons deux séries d’espaces de module de ces objets appelés clus- ters, une qui sera dite non symétrique, la version ⊗, et l’autre qui est dite symétrique, la version •. Cette construction permet des choix de perturba- tions pour deux versions correspondantes des trajectoires de Floer introduites par Cornea et Lalonde ([CL]). Ces choix devraient fournir une nouvelle option pour la description géométrique des structures A∞ et L∞ obstruées étudiées par Fukaya, Oh, Ohta et Ono ([FOOO2],[FOOO]) et Cho ([Cho]). Dans le cas où L ⊂ (M, ω) est une sous-variété lagrangienne Pin± mono- tone avec nombre de Maslov ≥ 2, nous définissons une structure d’algèbre A∞ sur les points critiques d’une fonction de Morse générique sur L. Cette struc- ture est présentée comme une extension du complexe des perles de Oh ([Oh]) muni de son produit quantique, plus récemment étudié par Biran et Cornea ([BC]). Plus généralement, nous décrivons une version géométrique d’une catégorie de Fukaya avec seul objet L qui se veut alternative à la description (relative) hamiltonienne de Seidel ([Sei]). Nous vérifions la fonctorialité de notre construction en définissant des espaces de module de clusters occultés qui servent d’espaces sources pour des morphismes de comparaison.

Exact Lagrangian cobordism and pseudo-isotopy

Dans cette thèse, on étudie les propriétés des sous-variétés lagrangiennes dans une variété symplectique en utilisant la relation de cobordisme lagrangien. Plus précisément, on s'intéresse à déterminer les conditions pour lesquelles les cobordismes lagrangiens élémentaires sont en fait triviaux. En utilisant des techniques de l'homologie de Floer et le théorème du s-cobordisme on démontre que, sous certaines hypothèses topologiques, un cobordisme lagrangien exact est une pseudo-isotopie lagrangienne. Ce resultat est une forme faible d'une conjecture due à Biran et Cornea qui stipule qu'un cobordisme lagrangien exact est hamiltonien isotope à une suspension lagrangianenne.

TAUT REPRESENTATIONS OF COMPACT SIMPLE LIE GROUPS

The concept of taut submanifold of Euclidean space is due to Carter and West, and can be traced back to the work of Chern and Lashof on immersions with minimal total absolute curvature and the subsequent reformulation of that work by Kuiper in terms of critical point theory. In this paper, we classify the reducible representations of compact simple Lie groups, all of whose orbits are tautly embedded in Euclidean space, with respect to Z(2)-coefficients.

Pseudo Focal Points Along Lorentzian Geodesics and Morse Index

Given a Lorentzian manifold (M,g), a geodesic gamma in M and a timelike Jacobi field Y along gamma, we introduce a special class of instants along gamma that we call Y-pseudo conjugate (or focal relatively to some initial orthogonal submanifold). We prove that the Y-pseudo conjugate instants form a finite set, and their number equals the Morse index of (a suitable restriction of) the index form. This gives a Riemannian-like Morse index theorem. As special cases of the theory, we will consider geodesics in stationary and static Lorentzian manifolds, where the Jacobi field Y is obtained as the restriction of a globally defined timelike Killing vector field.

GENERICITY OF NONDEGENERATE GEODESICS WITH GENERAL BOUNDARY CONDITIONS

Let M be a possibly noncompact manifold. We prove, generically in the C(k)-topology (2 <= k <= infinity), that semi-Riemannian metrics of a given index on M do not possess any degenerate geodesics satisfying suitable boundary conditions. This extends a result of L. Biliotti, M. A. Javaloyes and P. Piccione [6] for geodesics with fixed endpoints to the case where endpoints lie on a compact submanifold P subset of M x M that satisfies an admissibility condition. Such condition holds, for example, when P is transversal to the diagonal Delta subset of M x M. Further aspects of these boundary conditions are discussed and general conditions under which metrics without degenerate geodesics are C(k)-generic are given.

Teleparallel equivalent of non-Abelian Kaluza-Klein theory

Based on the equivalence between a gauge theory for the translation group and general relativity, a teleparallel version of the non-Abelian Kaluza-Klein theory is constructed. In this theory, only the fiber-space turns out to be higher dimensional, spacetime being kept always four dimensional. The resulting model is a gauge theory that unifies, in the Kaluza-Klein sense, gravitational and gauge fields. In contrast with the ordinary Kaluza-Klein models, this theory defines a natural length scale for the compact submanifold of the fiber space, which is shown to be of the order of the Planck length.

Slow-fast systems on algebraic varieties bordering piecewise-smooth dynamical systems

This article extends results contained in Buzzi et al. (2006) [4], Llibre et al. (2007, 2008) [12,13] concerning the dynamics of non-smooth systems. In those papers a piecewise C-k discontinuous vector field Z on R-n is considered when the discontinuities are concentrated on a codimension one submanifold. In this paper our aim is to study the dynamics of a discontinuous system when its discontinuity set belongs to a general class of algebraic sets. In order to do this we first consider F :U -> R a polynomial function defined on the open subset U subset of R-n. The set F-1 (0) divides U into subdomains U-1, U-2,...,U-k, with border F-1(0). These subdomains provide a Whitney stratification on U. We consider Z(i) :U-i -> R-n smooth vector fields and we get Z = (Z(1),...., Z(k)) a discontinuous vector field with discontinuities in F-1(0). Our approach combines several techniques such as epsilon-regularization process, blowing-up method and singular perturbation theory. Recall that an approximation of a discontinuous vector field Z by a one parameter family of continuous vector fields is called an epsilon-regularization of Z (see Sotomayor and Teixeira, 1996 [18]; Llibre and Teixeira, 1997 [15]). Systems as discussed in this paper turn out to be relevant for problems in control theory (Minorsky, 1969 [16]), in systems with hysteresis (Seidman, 2006 [17]) and in mechanical systems with impacts (di Bernardo et al., 2008 [5]). (C) 2011 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Sliding Vector Fields via Slow-Fast Systems

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Generic bifurcation of refracted systems

In this article we discuss some qualitative and geometric aspects of non-smooth dynamical systems theory. Our goal is to study the diagram bifurcation of typical singularities that occur generically in one parameter families of certain piecewise smooth vector fields named Refracted Systems. Such systems has a codimension-one submanifold as its discontinuity set. © 2012 Elsevier Ltd.