Cette thèse est une contribution à l'étude combinatoire des groupes de Coxeter et des groupes d'Artin-Tits. Dans la première partie, nous complétons la description du groupe des automorphismes d'un groupe de Coxeter à angles droits en étudiant le second des deux sous-groupes qui apparaissent dans la décomposition en produit semi-direct établie par Tits (le premier est décrit par Mühlherr). Nous retrouvons ainsi le résultat de Radcliffe sur la rigidité des groupes de Coxeter à angles droits. Dans la deuxième partie, nous introduisons et étudions la notion de sous-monoïde d'un monoïde d'Artin-Tits induit par une partition admissible du graphe de Coxeter, au sens de Mühlherr. Nous montrons qu'un tel sous-monoïde est un monoïde d'Artin-Tits, et que cette notion généralise et unifie les situations des sous-monoïdes des points fixes d'un monoïde d'Artin-Tits sous l'action d'automorphismes du graphe, et des LCM-homomorphismes de Crisp et Godelle. Nous achevons la classification des partitions admissibles des graphes de Coxeter sphériques, commencée par Mühlherr ; elle nous fournit la classification des LCM-homomorphismes de Crisp. Dans la troisième partie, nous étudions la représentation de Krammer-Paris d'un monoïde d'Artin-Tits de type simplement lacé et sans triangle. Le sous-monoïde des points fixes d'un tel monoïde sous l'action d'un groupe d'automorphismes du graphe stabilise le sous-espace des points fixes de l'espace de la représentation sous l'action de ce groupe. Nous utilisons des notions développées par Hée pour prouver que la représentation ainsi obtenue est fidèle. Cela généralise, en évitant tout cas par cas, des résultats établis par Digne dans les cas sphériques.

Let (W, S) be an arbitrary Coxeter system, and let J be the asymptotic Hecke algebra associated to (W, S) via Kazhdan-Lusztig polynomials by Lusztig. We study a subalgebra J_C of J corresponding to the subregular cell C of W . We prove a factorization theorem that allows us to compute products in J_C without inputs from Kazhdan-Lusztig theory, then discuss two applications of this result. First, we describe J_C in terms of the Coxeter diagram of (W, S) in the case (W, S) is simply- laced, and deduce more connections between the diagram and J_C in some other cases. Second, we prove that for certain specific Coxeter systems, some subalgebras of J_C are free fusion rings, thereby connecting the algebras to compact quantum groups arising in operator algebra theory.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Matemática, 2013. / Submitted by Luiza Silva Almeida (luizaalmeida@bce.unb.br) on 2013-07-16T16:36:56Z No. of bitstreams: 1 2013_OttoAugustodeMoraisCosta.pdf: 643449 bytes, checksum: 5c1dc30e495fb393e98796175549d80d (MD5) / Approved for entry into archive by Leandro Silva Borges(leandroborges@bce.unb.br) on 2013-07-16T20:28:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_OttoAugustodeMoraisCosta.pdf: 643449 bytes, checksum: 5c1dc30e495fb393e98796175549d80d (MD5) / Made available in DSpace on 2013-07-16T20:28:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_OttoAugustodeMoraisCosta.pdf: 643449 bytes, checksum: 5c1dc30e495fb393e98796175549d80d (MD5) / Neste trabalho, fazemos um breve estudo a respeito dos grupos de reflexões finitos, para os quais associamos sistemas de raízes, matrizes de Cartan e grafos, a fim de classificarmos todos os tais grupos. Em seguida, estudamos uma generalização desses grupos para os denominados grupos de Coxeter. Utilizando a função comprimento como ferramenta fundamental, mencionamos diversos resultados acerca dos subgrupos parabólicos. No último capítulo, determinamos a estrutura dos centralizadores dos elementos de um grupo de Coxeter finito, seguindo o artigo: M. Konvalinka, G. Pfeiffer, C.E. Röver, ‘A note on element centralizers in finite Coxeter groups', J. Group Theory, 14 (2011) 727-745. Como aplicação final, apresentamos uma demonstração alternativa de um importante teorema de Solomon, conhecido como a fórmula de Solomon. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work is a brief study about the finite reflections groups, to which we associate root systems, Cartan matrices and Coxeter graphs, in order to classicate such groups. After that, we study a generalisation of these groups to Coxeter groups. By using the lenght function as fundamental tool, we mention various results about the parabolic subgroups. In the last chapter we determinate the structure of the element centralisers of a finite Coxeter group, following the paper: M. Konvalinka, G. Pfeiffer, C.E. Röver, ‘A note on element centralizers in finite Coxeter groups', J. Group Theory, 14 (2011) 727-745. As final application we present an alternative proof of an important theorem of Solomon, known as the Solomon formula.

Coxeter group, named after H.S.M. Coxeter, is an abstract group that admits a formal description in terms of mirror symmetries. It turns out that the finite Coxeter groups are precisely the finite Euclidean reflection groups. Coxeter studied these groups and classified all finite ones in 1935, however they were known as reflection groups until J. Tits coined the term Coxeter groups for them in the sixties. Finite crystallographic Coxeter groups, also known as finite Weyl groups, play a prominent role in many branches of mathematics like combinatorics, Lie theory, number theory, and geometry. The computational aspects of these groups are of great interests and play a very important role in representation theory. Since it’s enough to study only the irreducible class of groups in order to understand any Coxeter group, we discuss irreducible crystallographic Coxeter groups here. Our goal is to try to deal with some of the fundamental computational problems that arise in working with the structures such as Weyl groups, root system, Weyl characters. For the classical cases, especially type A, many of these problems are not very subtle and have been solved completely. However, these solutions often do not generalize. In this report, our emphasis is on algorithms which do not really depend on the classifications of root systems. The canonical example, we always keep in mind is E8. In chapter 1, we fix the notations and give some basic results which have been used in this report. In chapter 2, we explain algorithms to various Weyl group problems like membership problem; how to find the length of an element; how to check if two words in a Weyl group represent the same element or not; finding the coset representative for an element for a given parabolic subgroup; and list all the expressions possible for an element. In chapter 3, the main goal is to write an algorithm to compute the weight multiplicities of the irreducible representations using Freudenthal’s formula. For this, we first compute the positive roots and dominant weights for a given root system and then finally find the weight multiplicities. We argue this mathematically using the results given in chapter 1. The crystallographic hypothesis is unnecessary for much of what is discussed in chapter 2. In the last chapter, we give codes of the computer programs written in C++ which implement the algorithms described in the previous chapters in this report.

The Iwahori-Hecke algebras of Coxeter groups play a central role in the study of representations of semisimple Lie-type groups. An important tool is the combinatorial approach to representations of Iwahori-Hecke algebras introduced by Kazhdan and Lusztig in 1979. In this dissertation, I discuss a generalization of the Iwahori-Hecke algebra of the symmetric group that is instead based on the complex reflection group G(r,1,n). Using the analogues of Kazhdan and Lusztig's R-polynomials, I show that this algebra determines a partial order on G(r,1,n) that generalizes the Chevalley-Bruhat order on the symmetric group. I also consider possible analogues of Kazhdan-Lusztig polynomials.

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Cette thèse se divise en deux grandes parties, la première traite la combinatoire associée à l’ordre normal des opérateurs non-commutatifs et la seconde aborde des distributions symétriques du nombre de croisements et du nombre d’emboîtements, respectivement k-croisements et k-emboîtements, dans des structures combinatoires (partitions, permutations, permutations colorées, …). La première partie étudie l’ordre normal des opérateurs en termes de placements de tours. Nous étudions la forme de l’ordre normal en connectant deux opérateurs non-commutatifs D et U, et des polynômes orthogonaux spéciaux, et établissons des bijonctions entre les coefficients de (D+U)n et le nombre de placements de tours sur un diagramme de Ferrers. Nous donnons également des preuves combinatoires à des conjectures quantiques posées par des physiciens. Dans la seconde partie, nous définissons des statistiques, comme emboîtements et k-emboîtements, sur l’ensemble des permutations du groupe de Coxeter de type B. Nous donnons également des extensions au type B des résultats sur les croisements et les emboîtements, respectivement k-croisements et k-emboîtements dans les permutations de type A, en termes de distributions symétriques. De plus, nous étudions le lien entre les opérateurs non-commutatifs et ces statistiques. D’autres extensions de la distribution de ces statistiques sur les ensembles de partitions colorées et de permutations colorées de types A et B sont ainsi établies / This thesis is divided into two parts, the first deals with the combinatorics associated to the normal ordering form of noncommutative operators and the second addresses the symmetric distributions of the crossing numbers and nesting numbers, respectively k-crossings and k-nestings, in combinatorial structures (partitions, permutations, colored permutations, …). The first part studies the normal order of operators in terms of rook placements. We study the normal ordering form connecting two noncommutative operators D and U, and some special orthogonal polynomials, and establish bijonctions between coefficients of (D+U)n and rook placements in Ferrers diagrams. We also give combinatorial proofs and alternatives to some quantum conjectures posed by physicists. In the second part, we define the notions of statistics, nestings and k-nestings, on the sets of permutations of the Coxeter group of type B. We also give extensions to type B of the results of the crossings and nestings, respectivelu k-crossings and K-nestings in the set of permutations of type A, in terms of symmetric distributions. Likewise, we study the link between non-commutative operators and these statistics. Other extensions of the distribution of these statistics on the sets of colored partitions and colored permutations of type A and B are established

Cette thèse porte sur l'étude de la combinatoire énumérative, plus particulièrement autour des partitions d'entiers et des groupes de Coxeter. Dans une première partie, à l'instar de Han et de Nekrasov-Okounkov, nous étudions des développements combinatoires des puissances de la fonction êta de Dedekind, en termes de longueurs d'équerres de partitions d'entiers. Notre approche, bijective, utilise notamment les identités de Macdonald en types affines (en particulier le type C), généralisant l'approche de Han en type A. Nous étendons ensuite avec de nouveaux paramètres ces développements, grâce à de nouvelles propriétés de la décomposition de Littlewood vis-à-vis des partitions et statistiques considérées. Cela nous permet de déduire des formules des équerres symplectiques, ainsi qu'une connexion avec la théorie des représentations. Dans une seconde partie, nous étudions les éléments cycliquement pleinement commutatifs dans les groupes de Coxeter introduits par Boothby et al., qui forment une sous famille des éléments pleinement commutatifs. Nous commençons par développer une construction, la clôture cylindrique, donnant un cadre théorique qui est aux éléments CPC ce que les empilements de Viennot sont aux éléments PC. Nous donnons une caractérisation des éléments CPC en terme de clôtures cylindriques pour n'importe quel système de Coxeter. Celle-ci nous permet de déterminer en termes d'expressions réduites les éléments CPC dans tous les groupes de Coxeter finis ou affines, et d'en déduire dans tous ces groupes l'énumération de ces éléments. En utilisant la théorie des automates finis, nous montrons aussi que la série génératrice de ces éléments est une fraction rationnelle / This thesis focuses on enumerative combinatorics, particularly on integer partitions and Coxeter groups. In the first part, like Han and Nekrasov-Okounkov, we study the combinatorial expansion of power of the Dedekind's eta function, in terms of hook lengths of integer partitions. Our approach, bijective, use the Macdonald identities in affine types, generalizing the study of Han in the case of type A. We extend with new parameters the expansions that we obtained through new properties of the Littlewood decomposition. This enables us to deduce symplectic hook length formulas and a connexion with representation theory. In the second part, we study the cyclically fully commutative elements in Coxeter groups, introduced by Boothby et al., which are a sub family of the fully commutative elements. We start by introducing a new construction, the cylindrical closure, which give a theoretical framework for the CPC elements analogous to the Viennot's heaps for fully commutative elements. We give a characterization of CPC elements in terms of cylindrical closures in any Coxeter groups. This allows to deduce a characterization of these elements in terms of reduced decompositions in all finite and affine Coxeter and their enumerations in those groups. By using the theory of finite state automata, we show that the generating function of these elements is always rational, in all Coxeter groups

Dans cette thèse, nous nous intéressons à plusieurs aspects des systèmes de racines des algèbres de Lie simples. Dans un premier temps, nous étudions les coordonnées des vecteurs propres des matrices de Cartan. Nous commençons par généraliser les travaux de physiciens qui ont montré que les masses des particules dans la théorie des champs de Toda affine sont égales aux coordonnées du vecteur propre de Perron -- Frobenius de la matrice de Cartan. Puis nous adoptons une approche différente, puisque nous utilisons des résultats de la théorie des singularités pour calculer les coordonnées des vecteurs propres de certains systèmes de racines. Dans un deuxième temps, en s'inspirant des idées de Givental, nous introduisons les matrices de Cartan q-déformées et étudions leur spectre et leurs vecteurs propres. Puis, nous proposons une q-déformation des équations de Toda et construisons des 1-solitons solutions en adaptant la méthode de Hirota, d'après les travaux de Hollowood. Enfin, notre intérêt se porte sur un ensemble de transformations agissant sur l'ensemble des bases ordonnées de racines comme le groupe de tresses. En particulier, nous étudions les bases distinguées, qui forment l'une des orbites de cette action, et des matrices que nous leur associons. / In this thesis, our goal is to study various aspects of root systems of simple Lie algebras. In the first part, we study the coordinates of the eigenvectors of the Cartan matrices. We start by generalizing the work of physicists who showed that the particle masses of the affine Toda field theory are equal to the coordinates of the Perron -- Frobenius eigenvector of the Cartan matrix. Then, we adopt another approach. Namely, using the ideas coming from the singularity theory, we compute the coordinates of the eigenvectors of some root systems. In the second part, inspired by Givental's ideas, we introduce q-deformations of Cartan matrices and we study their spectrum and their eigenvectors. Then, we propose a q-deformation of Toda's equations et compute 1-solitons solutions, using the Hirota's method and Hollowood's work. Finally, our interest is focused on a set of transformations which induce an action of the braid group on the set of ordered root basis. In particular, we study an orbit for this action, the set of distinguished basis and some associated matrices.

Le but de cette thèse est d’étudier les structures obtenues à partir des groupes de réflexion finis. Ce travail consiste en quatre articles publiés, un article soumis et un article en préparation dont les résultats partiels constituent un chapitre de cette thèse. Dans le premier article, nous présentons une réduction des orbites des groupes de Coxeter finis vers leurs sous-groupes. Nous utilisons des matrices de projection, c’est-à-dire, des applications qui transforment les racines simples d’un groupe de réflexion en les racines simples du sous-groupe associé. Les résultats présentés dans ce papier se concentrent sur les groupes finis de réflexion non crystallographiques. De plus, nous utilisons les polytopes engendrés par le groupe non crystallographique H3 pour illustrer les lois de ramification (branching rules), c’est-à-dire une réduction des orbites des groupes finis de Coxeter. Dans le deuxième article, nous étudions les polytopes avec 60 sommets engendrés par le groupe non crystallographique H3. Nous utilisons la méthode de décoration des diagrammes de Coxeter–Dynkin pour décrire leurs structures en détails et décomposer les sommets en somme des orbits de symétries de dimension inférieure. Le troisième article compare deux notations utilisées pour décrire le polyèdre engendré par le groupe de réflexion. Il s’agit du symbole de Schläfli et de la notation des points dominants. Nous y présentons les avantages de chaque méthode, expliquons les deux approches et nous les illustrons par des exemples. Dans le quatrième article, nous nous concentrons sur le graphène, c’est-à-dire un pavement d’hexagones sur le plan, qui possède de remarquables propriétés quand les sommets sont modélisés par des atomes de carbone. Dans ce travail, nous présentons différentes méthodes pour obtenir du graphène à partir de réseaux (lattices) et des orbites de dimension 3 des groupes finis de réflexion. De plus, une technique de coloriage des hexagones au moyen d’un nombre fini de couleurs est donnée avec une méthode systématique pour raffiner le graphène. Dans le cinquième article, nous utilisons des v fonctions spéciales et les transformations de Fourier pour traiter les données échantillonnées sur un réseau de carrés du groupe de Lie SU(2)×SU(2), relié au groupe de symétrie A1×A1. / The goal of this thesis is to study structures obtained from finite reflection groups. The work is contained in four published papers, one submitted article and a research paper currently in preparation, with partial results presented as a chapter of this thesis. In the first article, we present a reduction of the orbits of finite Coxeter groups to their subgroups. We use projection matrices, that is, mappings that transform the simple roots of a reflection group to the simple roots of the appropriate subgroup. The results presented in this paper focus on non-crystallographic finite reflection groups. Moreover, we use polytopes generated by the non-crystallographic group H3 to illustrate the obtained branching rules, i.e., reductions of orbits of the finite Coxeter groups. In the second article, we study polytopes with 60 vertices, generated by the non-crystallographic group H3. We use a method of decoration of the Coxeter–Dynkin diagram to describe their structure in detail, and decompose their vertices into sums of orbits of lower-dimensional symmetries. The third article compares two notations used to describe polyhedra generated by reflection groups, namely the Schläfli symbol, and the dominant point notation. Here, we present the advantages of each method, we explain the two approaches, and we illustrate them through examples. In the fourth article, we focus on graphene, i.e., a hexagonal tiling of the plane that possesses remarkable properties when the vertices are modelled with carbon atoms. In this work, we present different methods to obtain graphene from lattices and three-dimensional orbits of finite reflection groups. Moreover, a technique to colour the hexagons by a finite number of colours is provided, along with a systematic method to refine the graphene. In the fifth article, we use special functions and Fourier transforms to process data sampled on a square lattice of the Lie group SU(2) × SU(2), related to the A1 × A1 symmetry group.