Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor Doutor Manuel António Cerqueira da Costa Matos

O presente trabalho é um esforço de apresentar, organizado em forma de survey, um conjunto de resultados que ilustram a aplicação de um certo método probabilístico. Embora não apresentemos resultados novos na área, acreditamos que a apresentação sistemática destes resultados pode servir para a compreensão de uma ferramenta útil para quem usa dos métodos probabilísticos na sua pesquisa em combinatória. Os resultados de que falaremos tem aparecido na última década na literatura especializada e foram usados na investigação de problemas que resitiram a outras aproximações mais clássicas. Em vez de teorizar sobre o método a apresentar, nós adotaremos a estratégia de apresentar três problemas, usando-os como exemplos práticos da aplicação do método em questão. Surpeendentemente, apesar da dificuldade que apresentaram para ser resolvidos, estes problemas compartilham a caraterística de poder ser formulados muito intuitivamente, como veremos no Capítulo 1. Devemos advertir que embora os problemas que conduzem nossa exposição pertençam a áreas tão diferentes quanto teoria de números, geometria e combinatória, nosso intuito é fazer énfase no que de comum tem as suas soluções e não das posteriores implicações que estes problemas tenham nas suas respectivas áreas. Ocasionalmente comentaremos sim, outras possíveis aplicações das ferramentas usadas para solucionar estes problemas de motivação. Os problemas de que trataremos tem-se caracterizado por aguardar várias décadas em espera de solução: O primeiro, da teoria de números, surgiu na pesquisa de séries de Fourier que Sidon realizava a princípios de século e foi proposto por ele a Erdös em 1932. Embora tenham havido, desde 1950, diversos avanços na pesquisa deste problema, o resultado de que falaremos data de 1981. Já o segundo problema, da geometria, é uma conjectura formulada em 1951 por Heilbronn e refutada finalmente em 1982. O último problema, de combinatória, é uma conjectura de Erdös e Hanani de 1963, que foi tratada em diversos casos particulares até ser finalmente resolvida em toda sua generalidade em 1985. / The following work is an effort to present, in survey form, a collection of results that illustrate the application of a certain probabilistic method in combinatorics. We do not present new results in the area; however, we do believe that the systematic presentation of these results can help those who use probabilistic methods comprenhend this useful technique. The results we refer to have appeared over the last decade in the research literature and were used in the investigation of problems which have resisted other, more classical, approaches. Instead of theorizing about the method, we adopted the strategy of presenting three problems, using them as practical examples of the application of the method in question. Surpisingly, despite the difficulty of solutions to these problems, they share the characteristic of being able to be formulated very intuitively, as we will see in Chapter One. We should warn the reader that despite the fact that the problems which drive our discussion belong to such different fields as number theory, geometry and combinatorics, our goal is to place emphasis on what their solutions have in common and not on the subsequent implications that these problems have in their respective fields. Occasionally, we will comment on other potential applications of the tools utilized to solve these problems. The problems which we are discussing can be characterized by the decades-long wait for their solution: the first, from number theory, arose from the research in Fourier series conducted by Sidon at the beginning of the century and was proposed by him to Erdös in 1932. Since 1950, there have been diverse advances in the understanding of this problem, but the result we talk of comes from 1981. The second problem, from geometry, is a conjecture formulated in 1951 by Heilbronn and finally refuted in 1982. The last problem, from combinatorics, is a conjecture formulated by Erdös and Hanani in 1963 that was treated in several particular cases but was only solved in its entirety in 1985.

O presente trabalho é um esforço de apresentar, organizado em forma de survey, um conjunto de resultados que ilustram a aplicação de um certo método probabilístico. Embora não apresentemos resultados novos na área, acreditamos que a apresentação sistemática destes resultados pode servir para a compreensão de uma ferramenta útil para quem usa dos métodos probabilísticos na sua pesquisa em combinatória. Os resultados de que falaremos tem aparecido na última década na literatura especializada e foram usados na investigação de problemas que resitiram a outras aproximações mais clássicas. Em vez de teorizar sobre o método a apresentar, nós adotaremos a estratégia de apresentar três problemas, usando-os como exemplos práticos da aplicação do método em questão. Surpeendentemente, apesar da dificuldade que apresentaram para ser resolvidos, estes problemas compartilham a caraterística de poder ser formulados muito intuitivamente, como veremos no Capítulo 1. Devemos advertir que embora os problemas que conduzem nossa exposição pertençam a áreas tão diferentes quanto teoria de números, geometria e combinatória, nosso intuito é fazer énfase no que de comum tem as suas soluções e não das posteriores implicações que estes problemas tenham nas suas respectivas áreas. Ocasionalmente comentaremos sim, outras possíveis aplicações das ferramentas usadas para solucionar estes problemas de motivação. Os problemas de que trataremos tem-se caracterizado por aguardar várias décadas em espera de solução: O primeiro, da teoria de números, surgiu na pesquisa de séries de Fourier que Sidon realizava a princípios de século e foi proposto por ele a Erdös em 1932. Embora tenham havido, desde 1950, diversos avanços na pesquisa deste problema, o resultado de que falaremos data de 1981. Já o segundo problema, da geometria, é uma conjectura formulada em 1951 por Heilbronn e refutada finalmente em 1982. O último problema, de combinatória, é uma conjectura de Erdös e Hanani de 1963, que foi tratada em diversos casos particulares até ser finalmente resolvida em toda sua generalidade em 1985. / The following work is an effort to present, in survey form, a collection of results that illustrate the application of a certain probabilistic method in combinatorics. We do not present new results in the area; however, we do believe that the systematic presentation of these results can help those who use probabilistic methods comprenhend this useful technique. The results we refer to have appeared over the last decade in the research literature and were used in the investigation of problems which have resisted other, more classical, approaches. Instead of theorizing about the method, we adopted the strategy of presenting three problems, using them as practical examples of the application of the method in question. Surpisingly, despite the difficulty of solutions to these problems, they share the characteristic of being able to be formulated very intuitively, as we will see in Chapter One. We should warn the reader that despite the fact that the problems which drive our discussion belong to such different fields as number theory, geometry and combinatorics, our goal is to place emphasis on what their solutions have in common and not on the subsequent implications that these problems have in their respective fields. Occasionally, we will comment on other potential applications of the tools utilized to solve these problems. The problems which we are discussing can be characterized by the decades-long wait for their solution: the first, from number theory, arose from the research in Fourier series conducted by Sidon at the beginning of the century and was proposed by him to Erdös in 1932. Since 1950, there have been diverse advances in the understanding of this problem, but the result we talk of comes from 1981. The second problem, from geometry, is a conjecture formulated in 1951 by Heilbronn and finally refuted in 1982. The last problem, from combinatorics, is a conjecture formulated by Erdös and Hanani in 1963 that was treated in several particular cases but was only solved in its entirety in 1985.

A norma brasileira de cálculo de alvenaria é baseada no método de tensões admissíveis e passa por revisão para ser escrita no método dos estados limites. A confiabilidade estrutural é um ramo da engenharia que mede segurança das estruturas, sendo muitas vezes empregada para calibrar fatores de segurança. Para medir a confiabilidade de uma estrutura deve-se conhecer as incertezas que envolvem o problema. A incerteza de modelo estima a tendência do modelo (que pode ser eventualmente ser eliminada) e a variância do modelo (uma medida da sua variabilidade). O presente trabalho propõe um método de cálculo da incerteza de um modelo numérico de um prisma formado por três unidades concreto sujeito à compressão. O estudo numérico é feito em elementos finitos com análise não-linear baseada em dano. A incerteza é avaliada através de variáveis de projeto: tensão máxima, deformação na tensão máxima e módulo de elasticidade. São aplicados métodos probabilísticos para comparar resultados numéricos e ensaios experimentais disponíveis na literatura. Confronta-se a probabilidade de falha resultante de resistências corrigidas, sem correção e obtidas experimentalmente. Conclui-se que a incerteza de modelo é importante para quantificar a medida de segurança e deve ser levada em conta na análise da confiabilidade de uma estrutura. O procedimento também é útil para qualificar e comparar modelos de cálculo, com aplicações em alvenaria ou quaisquer outros tipos de estruturas. / The brazilian masonry code is based on the allowable stress method and is currently in revision to be written in the partial safety factor format. Structural reliability is a branch of engineering which allows quantitative evaluation of the safety of structures, being useful in the calibration of safety factors. To measure structural safety, it is necessary to know the uncertainties present in the problem. Model error variables estimate the bias of the model (wich can eventually be eliminated) and the variance of the model (a measure of the model variability). The present work suggests a method for evaluation of modeling uncertainty of the resistence of a prism made of three concrete units subject to compression. The numerical study is based on the finite element method and nonlinear analysis with damage mechanics. The uncertainty is evaluated by design variables: maximum stress, deformation in maximum stress and elasticity modulus of the prism. A probabilistic method is used to compare numerical results with experimental results taken from the literature. The probability of failure based on experimental resistances are compared with the probability of failure based on the model and corrected resistances. It is concluded that the model uncertainty is important to quantify safety and must be taken into account in structural reliability analysis. The procedure is also useful to qualify and compare different models, with application to masonry or other kinds of structural materials.

A norma brasileira de cálculo de alvenaria é baseada no método de tensões admissíveis e passa por revisão para ser escrita no método dos estados limites. A confiabilidade estrutural é um ramo da engenharia que mede segurança das estruturas, sendo muitas vezes empregada para calibrar fatores de segurança. Para medir a confiabilidade de uma estrutura deve-se conhecer as incertezas que envolvem o problema. A incerteza de modelo estima a tendência do modelo (que pode ser eventualmente ser eliminada) e a variância do modelo (uma medida da sua variabilidade). O presente trabalho propõe um método de cálculo da incerteza de um modelo numérico de um prisma formado por três unidades concreto sujeito à compressão. O estudo numérico é feito em elementos finitos com análise não-linear baseada em dano. A incerteza é avaliada através de variáveis de projeto: tensão máxima, deformação na tensão máxima e módulo de elasticidade. São aplicados métodos probabilísticos para comparar resultados numéricos e ensaios experimentais disponíveis na literatura. Confronta-se a probabilidade de falha resultante de resistências corrigidas, sem correção e obtidas experimentalmente. Conclui-se que a incerteza de modelo é importante para quantificar a medida de segurança e deve ser levada em conta na análise da confiabilidade de uma estrutura. O procedimento também é útil para qualificar e comparar modelos de cálculo, com aplicações em alvenaria ou quaisquer outros tipos de estruturas. / The brazilian masonry code is based on the allowable stress method and is currently in revision to be written in the partial safety factor format. Structural reliability is a branch of engineering which allows quantitative evaluation of the safety of structures, being useful in the calibration of safety factors. To measure structural safety, it is necessary to know the uncertainties present in the problem. Model error variables estimate the bias of the model (wich can eventually be eliminated) and the variance of the model (a measure of the model variability). The present work suggests a method for evaluation of modeling uncertainty of the resistence of a prism made of three concrete units subject to compression. The numerical study is based on the finite element method and nonlinear analysis with damage mechanics. The uncertainty is evaluated by design variables: maximum stress, deformation in maximum stress and elasticity modulus of the prism. A probabilistic method is used to compare numerical results with experimental results taken from the literature. The probability of failure based on experimental resistances are compared with the probability of failure based on the model and corrected resistances. It is concluded that the model uncertainty is important to quantify safety and must be taken into account in structural reliability analysis. The procedure is also useful to qualify and compare different models, with application to masonry or other kinds of structural materials.

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2015-11-09T13:29:03Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3106591 bytes, checksum: 681468331a75115cdd412b8abaa0633f (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Suzana Diniz (msuzanad@hotmail.com) on 2015-11-09T13:50:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3106591 bytes, checksum: 681468331a75115cdd412b8abaa0633f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-09T13:50:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3106591 bytes, checksum: 681468331a75115cdd412b8abaa0633f (MD5) Previous issue date: 2015-04-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we study the graph theory, which although it is somewhat widespread content, including academia is extremely important for solving many mathematical problems and physical models. Moreover, this theme can be found in applications in several areas, including quote: computer, electrical, genetic. We adopt the bibliographic research and exploratory research to deal with the issue at hand, trying to de ne and clarify the aforesaid theory, but also contribute to its spread, which enables members of the basic and higher education have a contact with such an important and fruitful know, since elementary considerations graphs brings us closer to scienti c research. We alternate concepts and statements of lemmas and theorems to solve problems. We use simple language, so that a high school student can understand, without, however, distancing us from mathematical rigor. In time, we present the four color theorem the number of Ramsey, with detailed statements of the latter result. Finally, we use concepts and purely combinatorial results and probability, using the probabilistic method to prove the existence of graphs with certain properties that are di cult construction and, through this evidence, get other desired graph. / Neste trabalho, estudamos a teoria dos grafos, que embora seja um conteúdo pouco difundido, inclusive em âmbito acadêmico é de extrema importância para a resolução de inúmeros problemas matemáticos e modelos físicos. Além disso, essa temática pode ser veri cada em aplicações nas mais diversas áreas, entre as quais citamos: computacional, elétrica, genética. Adotamos a investigação bibliográ ca e a pesquisa exploratória para tratar o tema em questão, procurando de nir e esclarecer a teoria sobredita, como também contribuir em sua difusão, o que possibilita aos integrantes da educação básica e superior terem um contato com tão importante e fecundo saber, uma vez que considerações elementares sobre grafos nos aproxima da pesquisa cientí ca. Intercalamos os conceitos e as demonstrações de lemas e teoremas com a apresentação e resolução de problemas. Empregamos uma linguagem simples, de forma que um aluno do ensino médio possa compreender, sem, no entanto, nos distanciar do rigor matemático. Em tempo, apresentamos o teorema das quatro cores e o número de Ramsey, com demonstrações detalhadas deste último resultado. Por m, utilizamos conceitos e resultados puramente de combinatória e probabilidade, utilizando o método probabilístico para provar a existência de grafos com determinadas propriedades que são de difícil construção e, por meio desta comprovação, chegar a outro grafo desejado.