Orientador: Bruto Max Pimentel Escobar / Resumo: Neste trabalho apresentamos o formalismo Hamiltoniano de Dirac para sistemas singulares, analisando inclusive a construção do gerador de transformações de gauge. A seguir discutimos brevemente a generalização, já conhecida, desse formalismo para o caso de Lagrangeanos singulares de segunda ordem fazendo também uma análise da estrutura de vínculos presente em tais teorias. Desenvolvemos então o formalismo de Hamilton-Jacobi para sistemas singulares fazendo sua generalização para Lagrangeanos de segunda ordem. Por último, ambos formalismos são aplicados à Eletrodinâmica de Podols y e os resultados obtidos são comparados. / Abstract: In this work we study Dirac's Hamiltonian formulation for singular systems including the construction of the gauge transformations generator. Next we briefy discuss the generalization, already developed, of this formalism for singular second order La grangians. Besides that we also make an anlysis of the constrains structure present in such theories. Then we develop the Hamilton-Jacobi formalism for singular systems making its generalization for the case of second order Lagrangians. Finally, both formalisms are applied to Podols y's eletrodynamics and the obtained results are comparad. / Mestre

Cette thèse concerne les jeux différentiels à somme nulle et à deux joueurs avec information incomplète. La structure de l'information est liée à un signal que reçoivent les joueurs. Cette information est dite symétrique quand la connaissance du signal est la même pour les deux joueurs (le signal est public), et asymétrique quand les signaux reçus par les joueurs peuvent être différents (le signal est privé).Ces signaux sont révélés au cours du jeu. Dans plusieurs situations de tels jeux, il est montré dans cette thèse, l'existence d'une valeur du jeu et sa caractérisation comme unique solution d'une équation aux dérivées partielles.Un type de structure d'information concerne le cas symétrique où le signal est réduit à la connaissance par les joueurs de l'état du système au moment où celui-ci atteint une cible donnée (les données initiales inconnues sont alors révélées). Pour ce type du jeu, nous avons introduit des stratégies non anticipatives qui dépendent du signal et nous avons obtenu l'existence d'une valeur.Comme les fonctions valeurs sont en général irrégulières (seulement continues), un des points clefs de notre approche est de prouver des résultats d'unicité et des principes de comparaison pour des solutions de viscosité lipschitziennes de nouveaux types d'équation d'Hamilton-Jacobi-Isaacs associées aux jeux étudiés. / In this thesis we investigate two-person zero-sum differential games with incomplete information. The information structure is related to a signal communicated to the players during the game.In such games, the information is symmetric if both players receive the same signal (namely it is a public signal). Otherwise, if the players could receive different signals (i.e. they receive private signals), the information is asymmetric. We prove in this thesis the existence of value and the characterization of the value function by a partial differential equation for various types of such games.A particular type of such information structure is the symmetric case in which the players receive as their signal the current state of the dynamical system at the moment when the state of the dynamic hits a fixed target set (the unknown initial data are then revealed to both players). For this type of games, we introduce the notion of signal-depending non-anticipative strategies with delay and we prove the existence of value with such strategies.As the value functions are in general irregular (at most continuous), a crucial step of our approach is to prove the uniqueness results and the comparison principles for viscosity solutions of new types of Hamilton-Jacobi-Isaacs equation associated to the games studied in this thesis.

Dans cette thèse nous nous intéressons à des inégalités fonctionnelles comme les inégalités de Poincaré, Sobolev logarithmique, Sobolev, et celles appelées inégalités de transport. Dans un premier temps, nous étudions les inégalités de Poincaré et de Sobolev logarithmique pour des modèles de mécanique statistique. Cette étude nous permet de donner une nouvelle classe de phases telle que les mesures de Gibbs associées satisfassent à ces deux inégalités. Nous étudions dans un second temps, les inégalités de Sobolev logarithmique et de Sobolev par le biais des équations de Hamilton-Jacobi. Nous montrons, de la même façon que Gross en 1975 pour les semi-groupes de diffusion, l'équivalence entre l'inégalité de Sobolev logarithmique et l'hypercontractivité des solutions des équations de Hamilton-Jacobi. Cette équivalence permet de montrer, par une nouvelle méthode que celle utilisée par Otto et Villani, que l'inégalité de Sobolev logarithmique implique une inégalité de transport quadratique. De la même manière que Varopoulos en 1985 pour les semi-groupes de diffusion, nous donnons le lien entre l'inégalité de Sobolev et l'ultracontractivité des solutions des équations de Hamilton-Jacobi. Pour finir nous étudions les inégalités de transport dans un cadre général. Cette étude permet d'une part de donner le lien entre des inégalités de Sobolev logarithmiques modifiées et des inégalités de transport particulières et d'autre part de donner un exemple d'inégalité de transport quadratique pour une mesure en dimension infinie, la mesure de Wiener.

Le travail présenté dans ce mémoire est divisé en deux parties. La première partie est consacrée aux calculs des fonctions d'appui de la Jacobienne généralisée de Clarke et de son enveloppe plénière, associées à une fonction localement lipschtizienne à valeurs vectorielles. Clarke avait établi en 1975 que la fonction d'appui du sous-différentiel généralisé était une dérivée directionnelle généralisée. Il est donc satisfaisant de constater que la fonction d'appui de la Jacobienne généralisée est une sorte de "divergence directionnelle généralisée". Dans la seconde partie, nous présentons un certain nombre d'applications de techniques issues de l'Analyse non lisse à la résolution d'équations de Hamilton-Jacobi du premier ordre. Ainsi nous utilisons la dualité convexe et le calcul sous-différentiel pour prouver que les formules dites de Hopf-Lax définissent des solutions explicites des équations de Hamilton-Jacobi associées (avec données initiales semicontinues inférieurement). Nous n'utilisons ni le fameux principe de comparaison de la théorie des solutions de viscosité ni régularisation. Nous traitons successivement le cas de la dimension finie et de la dimension infinie. Ces résultats nous permettent de trouver des estimations des solutions d'équations dont l'hamiltonien est la différence de deux fonctions convexes. Enfin, nous nous attachons à l'étude des solutions sci dans des espaces de Banach dits ``lisses''. Le théorème de la valeur moyenne de Clarke et Ledyaev nous permet de montrer un résultat d'``enveloppe'' : nous construisons une solution sci pour une équation dont l'hamiltonien est le supremum d'une famille d'hamiltoniens. Nous appliquons enfin les mêmes techniques pour prouver l'existence d'une solution sci minimale sous des hypothèses plus faibles que celles que l'on recontre généralement dans la littérature.

Ce travail s'inscrit principalement dans le domaine de synthèse d'observateurs pour des synthèses non linéaires. D'une part le développement d'une nouvelle méthodologie de synthèse est proposée et d'autre part des résultats supplémentaires pour les observateurs à horizon glissant sont donnés. La première partie est plus directement dédiée aux rappels des notions de base d'observabilité des systèmes linéaires et non linéaires, ainsi qu'à la description des principales techniques de synthèse d'observateurs. De cette étude, il a été possible d'énoncer les avantages et les inconvénients de chaque méthode. Dans une deuxième partie et grâce à l'étude des différentes techniques de synthèse, une nouvelle méthodologie de synthèse d'observateur pour des systèmes non linéaires a été développée. Cette méthodologie divise un systhème en [n] problèmes d'optimisation scalaires, dénommés problèmes élémentaires, qui peuvent être résolus en parallèle en utilisant un solveur numérique de l'équation de Hamilton-Jacobi sclaire que pour de systèmes de grand ordre peut être très interessant de l'appliquer. La dernière partie est concentrée sur les observateurs à horizon glissant plus classiques et de traiter le cas où les hypothèses de régularité uniforme globale ne sont pas supposées. la description technique correspondante est donné à travers des définitions du rayon de régularité et du rayon d'observabilité.

Thèse de doctorat : Mathématiques : Tours : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

This thesis is devoted to creating a systematic way of determining all inequivalent orthogonal coordinate systems which separate the Hamilton-Jacobi equation for a given natural Hamiltonian defined on three-dimensional spaces of constant, non-zero curvature. To achieve this, we represent the problem with Killing tensors and employ the recently developed invariant theory of Killing tensors. Killing tensors on the model spaces of spherical and hyperbolic space enjoy a remarkably simple form; even more striking is the fact that their parameter tensors admit the same symmetries as the Riemann curvature tensor, and thus can be considered algebraic curvature tensors. Using this property to obtain invariants and covariants of Killing tensors, together with the web symmetries of the associated orthogonal coordinate webs, we establish an equivalence criterion for each space. In the case of three-dimensional spherical space, we demonstrate the surprising result that these webs can be distinguished purely by the symmetries of the web. In the case of three-dimensional hyperbolic space, we use a combination of web symmetries, invariants and covariants to achieve an equivalence criterion. To completely solve the equivalence problem in each case, we develop a method for determining the moving frame map for an arbitrary Killing tensor of the space. This is achieved by defining an algebraic Ricci tensor. Solutions to equivalence problems of Killing tensors are particularly useful in the areas of multiseparability and superintegrability. This is evidenced by our analysis of symmetric potentials defined on three-dimensional spherical and hyperbolic space. Using the most general Killing tensor of a symmetry subspace, we derive the most general potential “compatible” with this Killing tensor. As a further example, we introduce the notion of a joint invariant in the vector space of Killing tensors and use them to characterize a well-known superintegrable potential in the plane. xiii

>Magister Scientiae - MSc / Bank asset management mainly involves profit maximization through invest- ment in loans giving high returns on loans, investment in securities for reducing risk and providing liquidity needs. In particular, commercial banks grant loans to creditors who pay high interest rates and are not likely to default on their loans. Furthermore, the banks purchase securities with high returns and low risk. In addition, the banks attempt to lower risk by diversifying their asset portfolio. The main categories of assets held by banks are loans, treasuries (bonds issued by the national treasury), reserves and intangible assets. In this mini-thesis, we solve an optimal asset allocation problem in banking under the mean-variance frame work. The dynamics of the different assets are modelled as geometric Brownian motions, and our optimization problem is of the mean- variance type. We assume the Basel II regulations on banking supervision. In this contribution, the bank funds are invested into loans and treasuries with the main objective being to obtain an optimal return on the bank asset port- folio given a certain risk level. There are two main approaches to portfolio optimization, which are the so called martingale method and Hamilton Jacobi Bellman method. We shall follow the latter. As is common in portfolio op- timization problems, we obtain an explicit solution for the value function in the Hamilton Jacobi Bellman equation. Our approach to the portfolio prob- lem is similar to the presentation in the paper [Hojgaard, B., Vigna, E., 2007. Mean-variance portfolio selection and efficient frontier for defined contribution pension schemes. ISSN 1399-2503. On-line version ISSN 1601-7811]. We pro- vide much more detail and we make the application to banking. We illustrate our findings by way of numerical simulations.

Cette thèse se compose de deux parties principales. Dans la première partie, le Chapitre 3 est consacré à l'étude du comportement limite d'un système contrôlé singulièrement perturbé avec deux variables d'état qui sont faiblement couplées. Afin de prouver notre résultat d'approximation, nous utilisons la méthode de moyennisation et un résultat récent sur le contrôle nonexpansif. La principale nouveauté de notre approche est de permettre la dynamique limite de dépendre de l'état initial du système rapide. Notons que dans la littérature, le comportement limite d'un tel système a été généralement traité dans des conditions qui garantissent que la limite est indépendante de l'état initial du système rapide. Dans le Chapitre 4, nous généralisons les résultats du Chapitre 3 supposant une condition de nonexpansivité plus générale. De plus, nous considérons un exemple ou la nouvelle condition de nonexpansivité est satisfaite, mais pas la condition de nonexpansivité du Chapitre 3. Dans la deuxième partie de la thèse, le Chapitre 5 porte sur les représentations stables des Hamiltoniens convexes associant à un Hamiltonien donné des fonctions correspondant au problème de Bolza en controle optimal. Dans le Chapitre 6 nous étudions également la stabilité des solutions des équations d'Hamilton-Jacobi-Bellman sous contraintes d'état en exploitant la stabilité des fonctions valeur d'une famille de problèmes de contrôle optimal de Bolza sous contraintes d'état. Nous montrons que sous des hypothèses appropriées, la fonction valeur est la solution unique d'équation d'Hamilton-Jacobi-Bellman et que les solutions sont stables par rapport à l'Hamiltonien et les contraintes d'état. / This thesis consists of two main parts. In the first part, Chapter 3 is devoted to the investigation of the limit behavior of a singularly perturbed control system with two state variables which are weakly coupled. In order to prove our approximation result we use the so called averaging method and a recent result on nonexpansive control. The main novelty of our averaging approach lies in the fact that the limit dynamic may depend on the initial condition of the fast system. In the literature, the investigation of the limit behavior of such systems has been usually addressed under conditions that ensure that the limit dynamic is independent from the initial condition of the fast system. In Chapter 4, we generalise the results of Chapter 3 by considering a more general nonexpansivity condition. Moreover, we consider an example where the new nonexpansity condition is satisfied but the nonexpansivity condition of Chapter 3 does not hold true. The second part deals with Hamilton-Jacobi equations under state constraints. Chapter 5 focuses on the stable representation of convex Hamiltonians by functions describing a Bolza optimal control problem. In Chapter 6 we investigate stability of solutions of Hamilton-Jacobi-Bellman equations under state constraints by studying stability of value functions of a suitable family of Bolza optimal control problems under state constraints. We show that under suitable assumptions, the value function is a unique viscosity solution to Hamilton-Jacobi-Bellman equation and that solutions are stable with respect to Hamiltonians and state constraints.

Optimal control problems can in many cases become complicated and difficult to solve. One particular class of difficult control problems to solve are singular control problems. Standard methods for solving optimal control are discussed showing why those methods are difficult to apply to singular control problems. Then standard methods for solving singular control problems are discussed including why the standard methods can be difficult and often impossible to apply without having to resort to numerical techniques. Finally, an alternative method to solving a class of singular optimal control problems is given for a specific class of problems.