Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Modelación Matemática / Esta tesis está dedicada al estudio del problema inverso de detección de obstáculos/objetos utilizando métodos de optimización. Este problema consiste en localizar un objeto desconocido $\omega$ dentro de un dominio acotado conocido $\Omega$ por medio de mediciones en el borde, más precisamente dadas por un dato de tipo Cauchy en una parte $\Gammaobs$ de $\partial \Omega$. Estudiamos los casos escalares y vectoriales para este problema, considerando las ecuaciones de Laplace y de Stokes. En ambos casos nos apoyamos en resultados de identificabilidad, los cuales aseguran la existencia de un único obstáculo/objeto asociado a la medición de borde considerada. La estrategia utilizada en este trabajo se basa en reducir el problema inverso a la minimización de un funcional de costo: el funcional de Kohn-Vogelius. Esta estrategia es utilizada frecuentemente y permite el uso de métodos de optimización para las implementaciones numéricas. Sin embargo, en virtud de poder definir el funcional, este método requiere conocer una medida sobre toda la frontera exterior $\partial \Omega$. Este último punto nos lleva a estudiar el problema de completación de datos que consiste en recuperar las condiciones de borde sobre una región inaccesible, i.e. sobre $\partial \Omega \setminus \Gammaobs$, a partir del conocimiento de los datos de Cauchy sobre la región accesible $\Gammaobs$. Este problema inverso es igualmente estudiado vía la minimización de un funcional de tipo Kohn-Vogelius. Dado que este problema está mal puesto, debemos regularizar el funcional por medio de una regularización de Tikhonov. Obtenemos numerosas propiedades teóricas, como propiedades de convergencia, en particular cuando los datos poseen ruido. Teniendo en cuenta los resultados teóricos, reconstruímos numéricamente los datos de borde por medio de la implementación de un algoritmo de tipo gradiente para minimizar el funcional regularizado. Luego estudiamos el problema de detección de obstáculos cuando solo se poseen mediciones parciales. Consideramos las condiciones en el borde inaccesible y el objeto desconocido como variables del funcional y entonces, usando herramientas de optimización geométrica, en particular el gradiente de forma del funcional de Kohn-Vogelius, realizamos la reconstrucción numérica del objeto desconocido. Finalmente, consideramos, en el caso vectorial bidimensional, un nuevo grado de libertad, al estudiar el caso en que el número de objetos es desconocido. Así, utilizamos la optimización de forma topológica con el fin de minimizar el funcional de Kohn-Vogelius. Obtenemos el desarrollo asintótico topológico de la solución de las ecuaciones de Stokes 2D y caracterizamos el gradiente topológico de este funcional. Determinamos entonces numéricamente el número de obstáculos como su posición. Además, proponemos un algoritmo que combina los métodos de optimización de forma topológica y geométrica, con el fin de determinar numéricamente el número de obstáculos, su posición y su forma. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Conicyt-Beca Doctorado Nacional 2012 y el programa Ecos-Conicyt proyecto C13E05

In der vorliegenden Dissertation werden endlichdimensionale Räume multivariater Polynome in N Variablen mit der Laguerre-, Hermite- bzw. Legendrenorm versehen. Dabei sei der Höchstgrad der Polynome oder die Summe der Grade der Variablen durch eine natürliche Zahl n nach oben beschränkt. Wir betrachten auf diesen Räumen den Laplaceoperator und zwei weitere partielle Differentialoperatoren und interessieren uns für das Verhalten der von den Polynomnormen induzierten Operatornormen dieser Operatoren, wenn n gegen unendlich strebt. Im Fall der Laguerre- und Legendrenorm werden asymptotische obere und untere Schranken der Operatornormen hergeleitet. Im Fall der Hermitenorm kann sogar eine asymptotische Formel gezeigt werden, wenn man voraussetzt, dass der Höchstgrad der Poynome duch n beschränkt ist.

Tato práce popisuje a aplikuje parametrické a neparametrické modely spolehlivosti na cenzorovaná data. Ukazuje implementaci spolehlivosti v metodologii Six Sigma. Metody jsou využity pro přežití/spolehlivost reálných technických dat.

In dieser Arbeit setzen wir uns mit der Ph.D. Thesis von Luis Silvestre auseinander, in welcher er das Hindernisproblem für den gebrochenen Laplace Operator behandelt hat. Das Ziel war es seine Arbeit nachzuvollziehen und seine Beweise vollständig auszuformulieren. Dabei haben wir uns auf die Existenz der Lösung und erste Regularitätsresultate beschränkt.

In this paper, a mixed boundary value problem for the Laplace-Beltrami operator is considered for spherical domains in $R^3$, i.e. for domains on the unit sphere. These domains are parametrized by spherical coordinates (\varphi, \theta), such that functions on the unit sphere are considered as functions in these coordinates. Careful investigation leads to the introduction of a proper finite element space corresponding to an isotropic triangulation of the underlying domain on the unit sphere. Error estimates are proven for a Clément-type interpolation operator, where appropriate, weighted norms are used. The estimates are applied to the deduction of a reliable and efficient residual error estimator for the Laplace-Beltrami operator.

The solutions to certain elliptic boundary value problems have singularities with a typical structure near polyhedral corners. This structure can be exploited to devise an eigenvalue problem whose solution can be used to quantify the singularities of the given boundary value problem. It is necessary to parametrize a ball centered at the corner. There are different possibilities for a suitable parametrization; from the numerical point of view, spherical coordinates are not necessarily the best choice. This is why we do not specify a parametrization in this paper but present all results in a rather general form. We derive the eigenvalue problems that are associated with the Laplace and the linear elasticity problems and show interesting spectral properties. Finally, we discuss the necessity of widely accepted symmetry properties of the elasticity tensor. We show in an example that some of these properties are not only dispensable, but even invalid, although claimed in many standard books on linear elasticity.

The Laplace-Beltrami operator corresponds to the Laplace operator on curved surfaces. In this paper, we consider an eigenvalue problem for the Laplace-Beltrami operator on subdomains of the unit sphere in $\R^3$. We develop a residual a posteriori error estimator for the eigenpairs and derive a reliable estimate for the eigenvalues. A global parametrization of the spherical domains and a carefully chosen finite element discretization allows us to use an approach similar to the one for the two-dimensional case. In order to assure results in the quality of those for plane domains, weighted norms and an adapted Clément-type interpolation operator have to be introduced.

In this paper we discuss the inverse problem of the identification of mechanical stresses by measuring the deformation of an electric potential field in a so called differential strain gauge (D-DMS). We derive a mathematical model, where the forward operator is given in terms of an elliptic boundary value problem. Derivatives of the forward operator are considered and the solution of the inverse problem via a least-squares minimization is introduced. Here, the discretized problem is solved with the Gauss-Newton method. Numerical studies of practical interest are presented.

Adjusted Wald intervals for binomial proportions in one-sample and two-sample designs have been shown to perform about as well as the best available methods. The adjusted Wald intervals are easy to compute and have been incorporated into introductory statistics courses. An adjusted Wald interval for paired binomial proportions is proposed here and is shown to perform as well as the best available methods. A sample size planning formula is presented that should be useful in an introductory statistics course.

Estudia un problema elíptico no lineal con el (p,q)-Laplaciano y que tiene un término convectivo (el término dependiente del gradiente). Se probó que bajo condiciones adecuadas para el término convectivo, el problema posee una solución débil. Además se obtiene un resultado de unicidad y se presentó un algoritmo de aproximación numérica. / Tesis