Orientador: Prof. Dr. Sinuê Dayan Barbero Lodovici / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Matemática, 2014. / O objetivo principal deste texto é apresentar o teorema de Hopf 3.16 nos espaços R3, H3 e S3, resultado clássico sobre superfícies com curvatura média constante (CMC). Antes disto, apresentamos alguns conceitos importantes de Geometria Diferencial, entre eles o Teorema de Gauss-Bonnet 2.13 e o Teorema de Hadamard 2.36. Por fim, de maneira breve, enunciamos o teorema de Hopf em espaços produto (H2XR e S2XR). / The main objective of this paper is to present the Hopf's theorem (3.16) in spaces R3, H3 and S3, a classical result on surfaces with constant mean curvature (CMC). Before this, we present some important concepts of Differential Geometry, including the Gauss- Bonnet Theorem (2.13) and Hadamard's Theorem (2.36). Finally, and briefly, we state the Hopf's theorem in product spaces (H2XR and S2XR).

Dans cette thèse, nous étudions plusieurs problèmes géométriques concernant les liens-selles de surfaces plates définies par des formes différentielles méromorphes ayant des pôles de degré arbitrairement grand. Dans le cas des 1-formes holomorphes, les surfaces sont d'aire finie et ont une infinité de liens-selles. Au contraire, pour les 1-formes méromorphes ainsi que les différentielles d'ordre supérieur (quadratiques et au delà) ayant des pôles dont le degré est suffisamment grand, les surfaces sont d'aire infinie et il est courant que le nombre de liens-selles soit fini. Nous étudions trois problèmes au sujet de telles surfaces. Le premier problème est la caractérisation des strates de différentielles dont les surfaces plates correspondantes ont toujours un nombre fini de liens-selles. Nous sommes parvenus à réduire le problème à un simple critère combinatoire relatif au profil de singularités de la strate. Pour ce premier problème, nous nous plaçons dans le cadre le plus général possible : celui des k-différentielles (de la forme f(z)dz^{k}) ayant au moins un pôle d'ordre supérieur ou égal à k. Le deuxième problème est celui de la caractérisation des groupes de Veech des surfaces plates avec pôles. Dans le cas classique des surfaces de (demi)-translation, il s'agit d'un problème très difficile. Ici, au contraire, la rigidité induite par la présence de pôles permet de donner une réponse complète. Enfin, nous proposons une caractérisation complète des familles de nombres complexes pouvant apparaître comme résidus aux pôles d'une différentielle méromorphe appartenant à une strate donnée. Ainsi, la géométrie plate permet de donner une réciproque au théorème des résidus dans laquelle on contrôle la multiplicité des singularités. Ce dernier résultat est le fruit d'une collaboration avec Quentin Gendron. / In this thesis, we consider several geometric problems about saddle connections of flat surfaces defined by meromorphic differentials with poles of arbitrarily large degree. In the case of holomorphic 1-forms, surfaces are of finite area an have infinitely many saddle connections. On the contrary, if we consider meromorphic 1-forms and differentials of higher orders (quadratic and beyond) with at least one pole whose degree is large enough, flat surface are of infinite area and their number of saddle connections may be finite. We study three problems about such surfaces. The first problem is the characterization of the strata of differentials such that the corresponding flat surfaces always have a finite number of saddle connections. We achieved to reduce the problem to a to single combinatorial criterium depending on the singularity pattern of the stratum. When we deal with this problem, we adopt the most general framework of k-differentials (of the form f(z)dz^{k}) with at least one pole of order at least k. The second problem is characterization of Veech groups of flat surfaces with poles. In the classical case of (half)-translation surfaces, it is a very difficult problem. Here, rigidity induced by the poles makes possible to provide a complete answer. Finally, we provide a complete characterization of the families of complex numbers that can appear as residues at the poles of a meromorphic differential belonging to a gien stratum. Thus, flat geometry provides a reciprocal to the residue theorem in which we control the multiplicities of the singularities. This last result is the product of a collaboration with Quentin Gendron.

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Sistemas diferenciais quadráticos planares estão presentes em muitas áreas da matemática aplicada. Embora mais de mil artigos tenham sido publicados sobre os sistemas quadráticos ainda resta muito a se conhecer sobre esses sistemas. Problemas clássicos, e em particular o XVI problema de Hilbert, estão ainda em aberto para essa família. Um dos objetivos dos pesquisadores contemporâneos é obter a classificação topológica completa dos sistemas quadráticos. Devido ao grande número de parâmetros (essa família possui doze parâmetros e, aplicando transformações afins e reescala do tempo, reduzimos esse número a cinco, sendo ainda um número grande para se trabalhar) usualmente subclasses são consideradas nas investigações realizadas. Quando características específicas são levadas em consideração, o número de parâmetros é reduzido e o estudo se torna possível. Nesta tese estudamos principalmente duas subfamílias de sistemas quadráticos: a primeira possuindo um nó triplo semielemental e a segunda possuindo uma selanó semi elemental finita e uma selanó semielemental infinita formada pela colisão de uma sela infinita com um nó infinito. Os diagramas de bifurcação para ambas as famílias são tridimensionais. A família tendo um nó triplo gera 28 retratos de fase topologicamente distintos, enquanto o fecho da família tendo as selasnós dentro do espaço de bifurcação de sua forma normal gera 417. Polinômios invariantes são usados para construir os conjuntos de bifurcação e os retratos de fase topologicamente distintos são representados no disco de Poincaré. Os conjuntos de bifurcação são a união de superfícies algébricas e superfícies cuja presença foi detectada numericamente. Ainda nesta tese, apresentamos todos os retratos de fase de um sistema diferencial conhecido como modelo do tipo SIS (sistema suscetívelinfectadosuscetível, muito comum na matemática aplicada) e a classificação dos sistemas quadráticos possuindo hipérboles invariantes. Ambos sistemas foram investigados usando de polinômios invariantes afins. / Planar quadratic differential systems occur in many areas of applied mathematics. Although more than one thousand papers have been written on these systems, a complete understanding of this family is still missing. Classical problems, and in particular Hilberts 16th problem, are still open for this family. One of the goals of recent researchers is the topological classification of quadratic systems. As this attempt is not possible in the whole class due to the large number of parameters (twelve, but, after affine transformations and time rescaling, we arrive at families with five parameters, which is still a large number), many subclasses are considered and studied. Specific characteristics are taken into account and this implies a decrease in the number of parameters, which makes possible the study. In this thesis we mainly study two subfamilies of quadratic systems: the first one possessing a finite semielemental triple node and the second one possessing a finite semielemental saddlenode and an infinite semielemental saddlenode formed by the collision of an infinite saddle with an infinite node. The bifurcation diagram for both families are tridimensional. The family having the triple node yields 28 topologically distinct phase portraits, whereas the closure of the family having the saddlenodes within the bifurcation space of its normal form yields 417. Invariant polynomials are used to construct the bifurcation sets and the phase portraits are represented on the Poincaré disk. The bifurcation sets are the union of algebraic surfaces and surfaces whose presence was detected numerically. Moreover, we also present the analysis of a differential system known as SIS model (this kind of systems are easily found in applied mathematics) and the complete classification of quadratic systems possessing invariant hyperbolas.

Sistemas diferenciais quadráticos planares estão presentes em muitas áreas da matemática aplicada. Embora mais de mil artigos tenham sido publicados sobre os sistemas quadráticos ainda resta muito a se conhecer sobre esses sistemas. Problemas clássicos, e em particular o XVI problema de Hilbert, estão ainda em aberto para essa família. Um dos objetivos dos pesquisadores contemporâneos é obter a classificação topológica completa dos sistemas quadráticos. Devido ao grande número de parâmetros (essa família possui doze parâmetros e, aplicando transformações afins e reescala do tempo, reduzimos esse número a cinco, sendo ainda um número grande para se trabalhar) usualmente subclasses são consideradas nas investigações realizadas. Quando características específicas são levadas em consideração, o número de parâmetros é reduzido e o estudo se torna possível. Nesta tese estudamos principalmente duas subfamílias de sistemas quadráticos: a primeira possuindo um nó triplo semielemental e a segunda possuindo uma selanó semi elemental finita e uma selanó semielemental infinita formada pela colisão de uma sela infinita com um nó infinito. Os diagramas de bifurcação para ambas as famílias são tridimensionais. A família tendo um nó triplo gera 28 retratos de fase topologicamente distintos, enquanto o fecho da família tendo as selasnós dentro do espaço de bifurcação de sua forma normal gera 417. Polinômios invariantes são usados para construir os conjuntos de bifurcação e os retratos de fase topologicamente distintos são representados no disco de Poincaré. Os conjuntos de bifurcação são a união de superfícies algébricas e superfícies cuja presença foi detectada numericamente. Ainda nesta tese, apresentamos todos os retratos de fase de um sistema diferencial conhecido como modelo do tipo SIS (sistema suscetívelinfectadosuscetível, muito comum na matemática aplicada) e a classificação dos sistemas quadráticos possuindo hipérboles invariantes. Ambos sistemas foram investigados usando de polinômios invariantes afins. / Planar quadratic differential systems occur in many areas of applied mathematics. Although more than one thousand papers have been written on these systems, a complete understanding of this family is still missing. Classical problems, and in particular Hilberts 16th problem, are still open for this family. One of the goals of recent researchers is the topological classification of quadratic systems. As this attempt is not possible in the whole class due to the large number of parameters (twelve, but, after affine transformations and time rescaling, we arrive at families with five parameters, which is still a large number), many subclasses are considered and studied. Specific characteristics are taken into account and this implies a decrease in the number of parameters, which makes possible the study. In this thesis we mainly study two subfamilies of quadratic systems: the first one possessing a finite semielemental triple node and the second one possessing a finite semielemental saddlenode and an infinite semielemental saddlenode formed by the collision of an infinite saddle with an infinite node. The bifurcation diagram for both families are tridimensional. The family having the triple node yields 28 topologically distinct phase portraits, whereas the closure of the family having the saddlenodes within the bifurcation space of its normal form yields 417. Invariant polynomials are used to construct the bifurcation sets and the phase portraits are represented on the Poincaré disk. The bifurcation sets are the union of algebraic surfaces and surfaces whose presence was detected numerically. Moreover, we also present the analysis of a differential system known as SIS model (this kind of systems are easily found in applied mathematics) and the complete classification of quadratic systems possessing invariant hyperbolas.