Diffusion-type problems are described by parabolic partial differential equations; they are defined on a domain involving both time and space. The usual method of solution is to use a finite difference time-stepping process which leads to an elliptic equation in the space variable. The major drawback with the finite difference method in time is the possibility of severe stability restrictions. An alternative process is to use the Laplace transform. The transformed problem can be solved using a suitable partial differential equation solver and the solution is transformed back into the time domain using a suitable inversion process. In all practical situations a numerical inversion is required. For problems with discontinuous or periodic boundary conditions, the numerical inversion is not straightforward and we show how to overcome these difficulties. The boundary element method is a well-established technique for solving elliptic problems. One of the procedures required is the evaluation of singular integrals which arise in the solution process and a new formulation is developed to handle these integrals. For the solution of non-homogeneous equations an additional technique is required and the dual reciprocity method used in conjunction with the boundary element method provides a way forward. The Laplace transform is a linear operator and as such cannot handle non-linear terms. We address this problem by a linearisation process together with a suitable iterative scheme. We apply such a procedure to a non-linear coupled electromagnetic heating problem with electrical and thermal properties exhibiting temperature dependencies.

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση των διαδικασιών Bessel d-διάστασεις. Καταρχάς θα παρουσιαστεί το απαραίτητο μαθηματικό υπόβαθρο, αναλύοντας μερικές βασικές έννοιες από την περιοχή της θεωρίας πιθανοτήτων και των στοχαστικών διαδικασιών. Επίσης δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στο πλέον αντιπροσωπευτικό παράδειγμα των διαδικασιών αυτών: την κίνηση Braun. / --

Στην παρούσα διατριβή μελετώνται οι ρίζες της συνάρτησης Mν(z), στην περίπτωση όπου οι συναρτήσεις F(z) και G(z) είναι της μορφής: y(z) = Σ ynzn-1 αναλυτικές στον μοναδιαίο δίσκο και πληρούν τη συνθήκη: Σ |yn|2 < ∞, δηλ. ανήκουν στον χώρο Hardy-Lebesgue Η2 (Δ). / --

Οι γενικευμένες συναρτήσεις Bessel (συναρτήσεις Bessel πολλών μεταβλητών και δεικτών) χρησιμοποιούνται ως το βασικό μαθηματικό υπόβαθρο για την απλούστευση πολύπλοκων υπολογισμών σε φαινόμενα όπως της σκέδασης όπου η προσέγγιση του διπόλου δεν μπορεί να εφαρμοσθεί. Επίσης εμφανίζονται σε προβλήματα αλληλεπίδρασης ισχυρών δεσμών laser με ηλεκτρόνια, αλληλεπίδρασης φωτός με ασθενώς δεσμευμένο ηλεκτρόνιο, σε προβλήματα ιονισμού κτλ. Οι συναρτήσεις αυτές ικανοποιούν αντίστοιχες ιδιότητες (όσον αφορά στη γεννή- τρια συνάρτηση και τις αναδρομικές σχέσεις ) με τις συναρτήσεις Bessel μιας πραγ- ματικής μεταβλητής και η απόδειξη αυτών των σχέσεων βασίζεται στον ορισμό των γενικευμένων συναρτήσεων Bessel και στις ιδιότητες των συνήθων συναρτήσεων Bessel. Συγκεκριμένα παρουσιάζονται οι διάφορες γενικεύσεις των συναρτήσεων Bessel ξεκινώντας με αυτές των δύο μεταβλητών και του ενός ακέραιου δείκτη της μορφής για τις οποίες παραθέτονται η γεννήτρια συνάρτηση, οι αναδρομικές σχέσεις, παράγωγοι ως προς τις 2 μεταβλητές κάθε τάξης, αναπτύγματα τύπου Jacobi – Anger καθώς και σχέσεις σημαντικές για τους αριθμητικούς υπολογισμούς. Η ίδια μελέτη γίνεται και για τις διάφορες τροποποιημένες μορφές των συναρτήσεων καθώς και για τις γενικευμένες συναρτήσεις τριών αλλά και γενικά Μ μεταβλητών. Επίσης δίνονται αποτελέσματα για τις συναρτήσεις Bessel με περισσότερους από έναν δείκτες όπως οι συναρτήσεις , στην μονοδιάστατη περίπτω- ση και οι , και στην πολυδιά-στατη. Γίνεται καταγραφή των γενικευμένων μορφών των πολυωνύμων Hermite στις δύο διαστάσεις, των πολυωνύμων Gould – Hopper, των ιδιοτήτων τους καθώς και του τρόπου με τον οποίο συνδέονται με τις γενικευμένες συναρτήσεις Bessel. Τέλος, στην εργασία, που έχει τον χαρακτήρα της ανασκόπησης παρουσιάζονται και κάποια αποτελέσματα τα οποία αφορούν σε ιδιότητες πολυωνύμων Legendre και Laguerre δύο μεταβλητών. / The Generalized Bessel Functions (GBF) are multivariable extensions of the ordinary Bessel functions and their modified versions. Functions of this type encountered in a large number of fields, especially in physics, and used as a very important mathematical tool for simplifying the complicated computations. Problems, like the phenomenon of ionization and scattering, the interaction of intense laser beams with electrons, the effect of an intense electromagnetic field on a weakly bound system, are some examples of GBF’s applications in physics. In this work we gather and write down all the information related to the generalized Bessel functions and their modified versions, regarding their recurrence properties, generating functions ,integral representations, Jacobi – Anger expansions etc. Also we study the way that the generalized Bessel functions are linked with some multidimensional orthogonal polynomials such as Hermite, Laguerre, Legendre and Gould – Hopper polynomials.

Στη παρούσα εργασία ασχοληθήκαμε με ιδιότητες μονοτονίας των Τροποποιημένων συναρτήσεων Bessel 1ου και 2ου είδους. Συγκεκριμένα ομαδοποιήσαμε ήδη υπάρχοντα φράγματα για τα κλάσματα των συναρτήσεων αυτών. Η εύρεση φραγμάτων για τα κλάσματα των Τροποποιημένων Συναρτήσεων Bessel είναι σημαντική, λόγω της χρησιμότητάς τους σε διάφορους κλάδους των Μαθηματικών και όχι μόνο, όπως ενδεικτικά, στην Πεπερασμένη Ελαστικότητα, στην Στατιστική και στις Πιθανότητες, στην Ειδική Θεωρία Σχετικότητας, στην Μηχανική των Ρευστών, στην Ηλεκτρομηχανική, στη Βιοφυσική, στη Μαθηματική Φυσική και αλλού. Αρχικά, στο Κεφάλαιο 1, παρατέθηκαν κάποια βασικά στοιχεία, όπως ορισμοί των συναρτήσεων Bessel 1ου και 2ου είδους (Τροποποιημένων και μη) και αναδρομικές σχέσεις που ικανοποιούν. Στο Κεφάλαιο 2, γίνεται η καταγραφή και σύγκριση άνω και κάτω φραγμάτων για τα διάφορα κλάσματα των Τροποποιημένων συναρτήσεων Bessel 1ου είδους, καθώς και αναφορά σε ανισότητες τύπου Turán για τις συναρτήσεις αυτές. Επίσης, αναφέρεται η μεθοδολογία στην οποία στηρίχθηκε ο κάθε ερευνητής για να πάρει τα αντίστοιχα αποτελέσματα. Στο Κεφάλαιο 3, γίνεται η αντίστοιχη διαδικασία για τα κλάσματα και εκ νέου αναφορά σε ανισότητες τύπου Turán για αυτές τις συναρτήσεις. / In this project we described properties of Modified Bessel functions of the 1st and 2nd kind. Specifically we have grouped existing bounds for the quotients of these functions. These bounds of the Modified Bessel functions is very importand and could be found in different branches of Mathematics and other sciences, such as in Finite Elasticity, in Statistics and Probability Theory, in Relativity Theory, in Fluid Mechanics, in Engineering, in Biophysics, in Mathematical Physics and so on. Firsty, in Chapter 1, we cited some basic data, such as definitions of definitions of Bessel fynctions of the 1st and 2nd kind (both simple and Modified) and recurrence relations that they satisfy. In Chapter 2, we describe upper and lower bounds of different quotients of Modified Bessel functions of the 1st kind and reference to Turán type Inequalities of those functions. Moreover, we refer to the method that each recearcher based on in order to prove the required results. In Chapter 3, we have the same process but for Modified Bessel functons of the 2nd kind as well as reference to Turán type Inequalities for the corresponding functions.

Dans cette thèse, nous calculons la forme d’un objet immergé d’aire donnée qui minimise la résistance de vague. Le corps, considéré lisse, avance à vitesse constante sous la surface libre d’un fluide qui est supposé parfait et incompressible. La résistance de vague est la traînée, c’est-à-dire la composante horizontale de la force exercée par le fluide sur l’obstacle. Nous utilisons les équations de Neumann-Kelvin 2D, qui s’obtiennent en linéarisant les équations d’Euler irrotationnelles avec surface libre. Le problème de Neumann-Kelvin est formulé comme une équation intégrale de frontière basée sur une solution fondamentale qui intègre la condition linéarisée à la surface libre. Nous utilisons une méthode de descente de gradient pour trouver un minimiseur local du problème de résistance de vague. Un gradient par rapport à la forme est calculé par la méthode de variation de frontières. Nous utilisons une approche level-set pour calculer la résistance de vague et gérer les déplacements de la frontière de l’obstacle. Nous obtenons une grande variété de formes optimales selon la profondeur de l’objet et sa vitesse. / In this thesis, we compute the shape of a fully immersed object with a given area which minimises the wave resistance. The smooth body moves at a constant speed under the free surface of a fluid which is assumed to be inviscid and incompressible. The wave resistance is the drag, i.e. the horizontal component of the force exerted by the fluid on the obstacle. We work with the 2D Neumann-Kelvin equations, which are obtained by linearising the irrotational Euler equations with a free surface. The Neumann-Kelvin problem is formulated as a boundary integral equation based on a fundamental solution which handles the linearised free surface condition. We use a gradient descent method to find a local minimiser of the wave resistance problem. A gradient with respect to the shape is calculated by a boundary variation method. We use a level-set approach to calculate the wave-making resistance and to deal with the displacements of the boundary of the obstacle. We obtain a great variety of optimal shapes depending on the depth of the object and its velocity.