Cette thèse se situe à l'interface de trois grands domaines : la combinatoire des mots, la théorie des automates et la théorie des nombres. Plus précisément, nous montrons comment des outils provenant de la combinatoire des mots et de la théorie des automates interviennent dans l'étude de problèmes arithmétiques concernant les séries formelles à coefficients dans un corps fini.Le point de départ de cette thèse est un célèbre théorème de Christol qui caractérise les séries de Laurent algébriques sur le corps F_q(T), l'entier q désignant une puissance d'un nombre premier p, en termes d'automates finis et dont l'énoncé est : « Une série de Laurent à coefficients dans le corps fini F_q est algébrique si et seulement si la suite de ses coefficients est engendrée par un p-automate fini ». Ce résultat, qui révèle dans un certain sens la simplicité de ces séries de Laurent, a donné naissance à des travaux importants parmi lesquels de nombreuses applications et généralisations.L'objet principal de cette thèse est, dans un premier temps, d'exploiter la simplicité de séries de Laurent algébriques à coefficients dans un corps fini afin d'obtenir des résultats diophantiens, puis d'essayer d'étendre cette étude à des fonctions transcendantes arithmétiquement intéressantes. Nous nous concentrons tout d'abord sur une classe de séries de Laurent algébriques particulières qui généralisent la fameuse cubique de Baum et Sweet. Le résultat principal obtenu pour ces dernières est une description explicite de leur développement en fraction continue, généralisant ainsi certains travaux de Mills et Robbins. Rappelons que le développement en fraction continue permet généralement d'obtenir des informations très précises sur l'approximation rationnelle ; les meilleures approximations étant obtenues directement à partir de la suite des quotients partiels. Malheureusement, il est souvent très difficile d'obtenir le développement en fraction continue d'une série de Laurent algébrique, que celle-ci soit donné par une équation algébrique ou par son développement en série de Laurent. La deuxième étude que nous présentons dans cette thèse fournit une information diophantienne à priori moins précise que la description du développement en fraction continue, mais qui a le mérite de concerner toutes les séries de Laurent algébriques (à coefficients dans un corps fini). L'idée principale est d'utiliser l'automaticité de la suite des coefficients de ces séries de Laurent afin d'obtenir une borne générale pour leur exposant d'irrationalité. Malgré la généralité de ce résultat, la borne obtenue n'est pas toujours satisfaisante. Dans certains cas, elle peut s'avérer plus mauvaise que celle provenant de l'inégalité de Mahler. Cependant, dans de nombreuses situations, il est possible d'utiliser notre approche pour fournir, au mieux, la valeur exacte de l'exposant d'irrationalité, sinon des encadrements très précis de ce dernier.Dans un dernier travail nous nous plaçons dans un cadre plus général que celui des séries de Laurent algébriques, à savoir celui des séries de Laurent dont la suite des coefficients a une « basse complexité ». Nous montrons que cet ensemble englobe quelques fonctions remarquables, comme les séries algébriques et l'inverse de l'analogue du nombre \pi dans le module de Carlitz. Il possède, par ailleurs, des propriétés de stabilité intéressantes : entre autres, il s'agit d'un espace vectoriel sur le corps des fractions rationnelles à coefficients dans un corps fini (ce qui, d'un point de vue arithmétique, fournit un critère d'indépendance linéaire), il est de plus laissé invariant par diverses opérations classiques comme le produit de Hadamard / This thesis looks at the interplay of three important domains: combinatorics on words, theory of finite-state automata and number theory. More precisely, we show how tools coming from combinatorics on words and theory of finite-state automata intervene in the study of arithmetical problems concerning the Laurent series with coefficients in a finite field.The starting point of this thesis is a famous theorem of Christol which characterizes algebraic Laurent series over the field F_q(T), q being a power of the prime number p, in terms of finite-state automata and whose statement is the following : “A Laurent series with coefficients in a finite field F_q is algebraic over F_q(T) if and only if the sequence of its coefficients is p-automatic”.This result, which reveals, somehow, the simplicity of these Laurent series, has given rise to important works including numerous applications and generalizations. The theory of finite-state automata and the combinatorics on words naturally occur in number theory and, sometimes, prove themselves to be indispensable in establishing certain important results in this domain.The main purpose of this thesis is, foremost, to exploit the simplicity of the algebraic Laurent series with coefficients in a finite field in order to obtain some Diophantine results, then to try to extend this study to some interesting transcendental functions. First, we focus on a particular set of algebraic Laurent series that generalize the famous cubic introduced by Baum and Sweet. The main result we obtain concerning these Laurent series gives the explicit description of its continued fraction expansion, generalizing therefore some articles of Mills and Robbins.Unfortunately, it is often very difficult to find the continued fraction representation of a Laurent series, whether it is given by an algebraic equation or by its Laurent series expansion. The second study that we present in this thesis provides a Diophantine information which, although a priori less complete than the continued fraction expansion, has the advantage to characterize any algebraic Laurent series. The main idea is to use some the automaticity of the sequence of coefficients of these Laurent series in order to obtain a general bound for their irrationality exponent. In the last part of this thesis we focus on a more general class of Laurent series, namely the one of Laurent series of “low” complexity. We prove that this set includes some interesting functions, as for example the algebraic series or the inverse of the analogue of the real number \pi. We also show that this set satisfy some nice closure properties : in particular, it is a vector space over the field over F_q(T).

The thesis deals with arithmetics of elliptic curves over finite fields and methods to improve those calculations. In the first part, algebraic geometry helps to define elliptic curves and derive their basic properties including the group law. The second chapter seeks ways to speed up these calculations by means of time-memory tradeoff, i.e. adding redundancy. At last, the third part introduces a wholly new curve form, which is particularly effective for such purposes.

This master's thesis addresses numerical methods of computing the typical ranks of tensors over the real numbers and explores some properties of tensors over finite fields. We present three numerical methods to compute typical tensor rank. Two of these have already been published and can be used to calculate the lowest typical ranks of tensors and an approximate percentage of how many tensors have the lowest typical ranks (for some tensor formats), respectively. The third method was developed by the authors with the intent to be able to discern if there is more than one typical rank. Some results from the method are presented but are inconclusive. In the area of tensors over nite filds some new results are shown, namely that there are eight GLq(2) GLq(2) GLq(2)-orbits of 2 2 2 tensors over any finite field and that some tensors over Fq have lower rank when considered as tensors over Fq2 . Furthermore, it is shown that some symmetric tensors over F2 do not have a symmetric rank and that there are tensors over some other finite fields which have a larger symmetric rank than rank.

Orientador: Paulo Roberto Brumatti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-18T19:35:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Negreiros_DiogoBrunoFernandes_M.pdf: 5674415 bytes, checksum: bdd28225d3cc5505f91fd61e797f2794 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este texto tem como objetivo o estudo de um tipo de código que possui relações com as teorias de curvas algébricas e de formas quadráticas. Começaremos introduzindo as definições e resultados sobre as três teorias que serão necessárias a este estudo. Depois apresentaremos os códigos a serem estudados bem como as relações entre seus sub-códigos e curvas algébricas e entre suas palavras e formas quadráticas. Observando que sub-códigos de peso mais baixo correspondem a curvas com mais pontos, nos dedicaremos a obter um processo para a descoberta de sub-códigos de peso mínimo dentro deste tipo de código. Tal processo será possível através de investigações sobre as formas quadráticas associadas a palavras. Finalizaremos com exemplos de aplicações do processo em alguns códigos, o que permite também calcular seus pesos de Hamming generalizados de ordem mais baixa / Abstract: This text's objective is the study of a kind of code wich has relations with the theories of algebraic curves and quadratic forms. We start by introducing definitions and results about the three theories we will need in such study. Later, we present the codes wich will be studied along with relations between its subcodes and algebraic curves and between its words and quadratic forms. Noting that lower weight subcodes correspond to curves with more points, we research a process to find minimum weight subcodes in this kind of code. This process will be possible through investigations on the quadratic forms related to words. Finally we set examples of applications of the process on some codes, and that gives us their lower order generalized Hamming weights / Mestrado / Matematica / Mestre em Matemática

Orientador: Plamen Emilov Kochloukov / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-20T11:39:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_JulioCesardos_D.pdf: 2452563 bytes, checksum: 63f8b1d463a36f74d57c1d71769dc9ae (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Na presente tese, fornecemos bases das identidades polinomiais graduadas de...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: In this PhD thesis we give bases of the graded polynomial identities of...Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Matematica / Doutor em Matemática

La cryptologie consiste en l’étude des techniques utilisées par deux entités pour communiquer en secret en présence d’une troisième. Les propriétés mathématiques qui sous-tendent ces techniques garantissent que leur attaque reste infaisable en pratique par un adversaire malveillant. Ainsi, les protocoles s’appuient sur diverses hypothèses, comme la di fficulté présumée de factoriser des entiers ou de calculer le logarithme discret d’un élément arbitraire dans certains groupes. Cette thèse qui porte sur le problème du logarithme discret dans les corps finis s’articule autour de trois volets.Nous exposons les résultats théoriques associés au problème sans considération du groupe cible, détaillant ainsi les classes de complexité auxquelles il appartient ainsi que di fférentes approches pour tenter de le résoudre.L’étude du problème dans les corps finis commence en tant que telle par les corps présentant une caractéristique de petite taille relativement à l’ordre total du corps en question. Cette seconde partie résulte sur l’exposition d’un algorithme par représentation de Frobenius dont une application a aboutit au record actuel de calcul de logarithme discret en caractéristique 3.Pour les corps de moyenne ou grande caractéristiques, une autre méthode est requise. Le crible par corps de nombres (NFS) multiples obtient les complexités asymptotiques les plus basses pour un corps arbitraire. Un dernier chapitre introduit la notion de matrice presque creuse. L’élaboration d’un nouvel algorithme spécifique qui explicite le noyau d’une telle matrice facilite en pratique l’étape d’algèbre sous-jacente à toute variante de NFS. / Cryptography is the study of techniques for secure communication in the presence of third parties, also called adversaries. Such techniques are detailed in cryptosystems, explaining how to securely encode and decode messages. They are designed around computational hardness assumptions related to mathematical properties, making such algorithms hard to break in practice by any adversary. These protocols are based on the computational difficulty of various problems which often come from number theory, such as integer factorization or discrete logarithms computations. This manuscript focuses on the discrete logarithm problem in finite fields and revolves around three axes.First we detail classical results about the problem without any consideration to the target group. We deal with complexity classes and some general methods that do not need any information on the group.The study of the discrete logarithm problem in finite fields starts with small characteristic ones. The aim is to present a Frobenius representation algorithm that leads to the current discrete logarithm record in characteristic 3.For medium or large characteristics finite fields, another approach is required. The multiple number field sieve reaches the best asymptotic heuristic complexities for this double range of characteristics. We also introduce the notion of nearly sparse matrices. Designing a new algorithm dedicated to explicitly give the kernel of such a matrix eases in practice the linear algebra step of any variant of the number field sieve.

The problem of polynomial representability of functions is central to many branches of mathematics. If the underlying set is a finite field, every function can be represented as a polynomial. In this thesis we consider polynomial representability over a special class of finite rings, namely, Zpn, where p is a prime and n is a positive integer. This problem has been studied in literature and the two notable results were given by Carlitz(1965) and Kempner(1921).While the Kempner’s method enumerates the set of distinct polynomial functions, Carlitz provides a necessary and sufficient condition for a function to be polynomial using Taylor series. Further, these results are existential in nature. The aim of this thesis is to provide an algorithmic characterization, given a prime p and a positive integer n, to determine whether a given function over Zpn is polynomially representable or not. Note that one can give an exhaustive search algorithm using the previous results. Our characterization involves describing the set of polynomial functions over Zpn with a ‘suitable’ generating set. We make use of this result to give an non-exhaustive algorithm to determine whether a given function over Zpn is polynomial representable.nβ

Dans la première partie de cette thèse, on s'intéresse à la suite NX(p) [mod p] où X est un schéma séparé réduit de type fini sur Z,et pour tout p premier, NX(p) est le nombre de Fp-points de la réduction modulo p de X.Sous certaines hypothèses sur la géométrie de X, on donne une condition simple pour garantir que cette suite diffèreen une densité positive de coordonnées de la suite identiquement nulle,ou plus généralement de suites dont les coordonnées sont obtenues par réduction modulo p d'un nombre fini d'entiers.Dans le cas où X parcourt une famille de courbes hyperelliptiques, on donne une borne en moyenne sur le plus petit premier p pour lequel NX (p) [mod p] n'est pas dans un certain ensemble de valeurs fixées.La seconde partie est dédiée à des généralisations de la notion de biais de Chebyshev.On se donne une fonction L vérifiant certaines propriétés analytiquesgénéralisant celles vérifiées par les fonctions L de Dirichlet.On s'intéresse à la suite des coefficients de Fourier a_p pour p premier.Plus précisément on étudie le signe de la fonction sommatoire des coefficients de Fourier de la fonction L.On montre sous des conditions classiques que cette fonction admet une distribution logarithmique limite.Sous des hypothèses supplémentaires on obtient de bonnes propriétés telles que la régularité, la symétrie et des informations sur le support de cette distribution. / In the first part of this Thesis, we study the sequence NX (p) [mod p] where X is a reduced separated scheme of finite type over Z,and NX (p) is the number of Fp-points of the reduction modulo p of X, for every prime p. Under some hypotheses on the geometry of X, we give a simple condition to ensure that this sequence is distinctat a positive proportion of indices from the zero sequence,or generalizations obtained by reduction modulo p of finitely many integers.We give a bound on average over a family of hyperelliptic curves for the least prime p such that NX (p) [mod p] avoids the reductionmodulo p of finitely many fixed integers.The second part deals with generalizations of Chebyshev’s bias.We consider an L-function satisfying some analytic properties that generalize those satisfied by Dirichlet L-functions.We study the sequence of coefficients a_p as p runs through the set of prime numbers.Precisely, we study the sign of the summatory function of the Fourier coefficients of the L-function.Under some classical conditions, we show that this function admits a limiting logarithmic distribution.Under stronger hypotheses, we prove regularity, symmetry and get information about the support of this distribution.

Dans ce travail, nous étudions la répartition des chiffres des nombres premiers. Bourgain (2015) a obtenu une formule asymptotique pour le nombre de nombres premiers avec une proportion$c > 0$ de chiffres préassignés en base 2 ($c$ est une constante absolue non précisée).Nous généralisons ce résultat à toute base $g \geq 2$ et nousdonnons des valeurs explicites pour la proportion $c$ en fonction de $g$. En adaptant, développant et précisant la stratégie introduite par Bourgain dans le cas $g=2$, nous présentons une démonstration détaillée du cas général.La preuve est fondée sur la méthode du cercle et combine des techniques d’analyse harmonique avec des résultats sur les zéros des fonctions $L$ de Dirichlet, notamment une région sans zérotrès fine due à Iwaniec.Ce travail s'inscrit aussi dans l'étude des nombres premiers dans des ensembles << rares >>.Nous étudions également la répartition des << chiffres >> (au sens de Dartyge et S\'ark\"ozy) de quelques suites remarquables dans le contexte des corps finis. Ce concept de << chiffre >> est à la base de la représentation des corps finis dans les logiciels de calcul formel.Nous étudions des suites variées comme les suites polynomiales, les générateurs ou encore les produits d'éléments de deux ensembles assez grands. Les méthodes développées permettent d'obtenir des estimations explicites très précises voire optimales dans certains cas. Les sommes d'exponentielles sur les corps finis jouent un rôle essentiel dans les démonstrations.Les résultats obtenus peuvent être reformulés d'un point de vue plus algébrique avec la fonction trace qui est très importante dans l'étude des corps finis. / In this work, we study the distribution of prime numbers' digits. Bourgain (2015) obtained an asymptotic formula for the number of prime numbers with a proportion $c > 0$ of preassigned digits in base 2 ($c$ is an absolute constant not specified). We generalize this result in any base $g \geq 2$ and we provide explicit admissible values for the proportion $c$ depending on $g$.By adapting, developing and refining Bourgain's strategy in the case $g=2$, we present a detailed proof for the general case.The proof is based onthe circle method and combines techniques from harmonic analysis together with results onzeros of Dirichlet $L$-functions, notably a very sharp zero-free region due to Iwaniec.This work also falls within the study of prime numbers in sparse ``sets''.In addition, we study the distribution of the ``digits'' (in the sense of Dartyge and S\'ark\"ozy) of some sequences of interest in the context of finite fields. This concept of ``digits'' is fundamental in the representation of finite fields in computer algebra systems. We study various sequences such as polynomial sequences, generators as well as products of elements of two large enough sets.Our methods provide very sharp explicit estimates which are even optimal in some cases.Exponential sums over finite fields play an essential role in the proofs.Our results can be reformulated from a more algebraic point of view with the trace function which is of basic importance in the study of finite fields.

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