Orientador: Vanessa Avansini Botta Pirani / Banca: Marcelo Messias / Banca: Anna Diva Plasencia Lotufo / Resumo: Neste trabalho, ser a apresentado um estudo detalhado da estabilidade dos pontos de equilíbrio de alguns modelos matemáticos que representam o funcionamento de um ciruito elétrico que possui o memristor em sua composição, além dos outros componentes elétricos, formados por sistemas de equações diferenciais ordinárias de terceira e quarta ordens, envolvendo funções lineares por partes. Em tal processo e de fundamental importância o conhecimento de resultados relacionados a zeros de polinômios, pois a análise da estabilidade de tais sistemas está relacionado a determina ção dos autovalores da matriz dos coeficientes do sistema. Em tal estudo ser a utilizado o Critério de Routh-Hurwitz. / Abstract: In this work, a detailed study of the stability of the equilibrium points of some mathematical models that represent the that represent the behavior of an electrical circuit with a memristor in your composition, consisting, consisting of ordinary di erential equations of third and fourth order systems, involving piecewise linear functions. In this theory is very important the study of results related to the zeros of polynomials, because the stability analysis of these systems is related to the eigenvalues of the coe cient matrix of the system. The Routh-Hurwitz criterion will be used. / Mestre

Orientador: Carina Alves / Banca: Eliris Cristina Rizziolli / Banca: Cristiane Alexandra Lázaro / Resumo: O presente trabalho mostra a importância da Álgebra Linear e em particular da Teoria de Matrizes, Determinantes e Sistemas Lineares para resolver problemas práticos e contextualizados. Mostramos aplicações em circuitos elétricos, no balanceamento de equações químicas, nos modelos aberto e fechado de Leontief, e no funcionamento do GPS. Ainda, foi aplicado um plano de aula para os alunos do segundo ano do Ensino Médio e apresentamos sugestões de exercícios de vestibulares sobre os tópicos estudados, para serem abordados em sala de aula / Abstract: The present work shows the importance of Linear Algebra and in particular of Matrix Theory, Determinants and Linear Systems to solve practical and contextualized problems. We show applications in electrical circuits, in the balancing of chemical equations, in the open and closed models of Leontief, and in the operation of GPS. Also, a lesson plan was applied to the students of the second year of high school and we presented suggestions of exercises of vestibular about the topics studied, to be approached in the classroom / Mestre

Orientador: Évelin Meneguesso Barbaresco / Banca: Ermínia de Lourdes Campello Fanti / Banca: Anderson Paião dos Santos / Resumo: Os sistemas de equações lineares são muito úteis, pois podem modelar matematicamente diversos problemas em Estatística, Física, Química, Engenharia, Administração, Economia, enfim, em várias áreas do conhecimento. Historicamente, o cálculo de soluções desse tipo de sistema pelos chineses motivou o surgimento das matrizes, que, grosseiramente falando, são tabelas de elementos distribuídos em linhas e colunas. O uso de matrizes facilita o estudo e também a resolução de sistemas lineares, pois simplificam a notação e padronizam os procedimentos. O método do escalonamento de matrizes, por exemplo, é uma técnica que pode ser utilizada em sistemas lineares em geral, além de ser facilmente automatizada devido ao seu algoritmo. O objetivo deste trabalho é apresentar alguns conceitos e resultados sobre matrizes e sistemas lineares e abordar a relação entre eles, além de propor alguns problemas que podem ser resolvidos utilizando esses resultados. Professores do Ensino Médio podem utilizar tais problemas em sala de aula para trabalhar esse assunto com seus alunos / Abstract: The systems of linear equations are very useful because they can mathematically model several problems in Statistics, Physics, Chemistry, Engineering, Administration, Economics, and finally, in various areas of knowledge. Historically, the computation of solutions of this type of system by the Chinese motivated the emergence of matrices, which, roughly speaking, are tables of elements distributed in rows and columns. The use of matrices facilitates the study and the resolution of linear systems because they simplify the notation and standardize the procedures. The Echelonment method, for example, is a technique that can always be used in linear systems in general, besides being easily automated due to its algorithm. The objective of this work is to present some concepts and results about matrices and linear systems and to approach the relation between them, besides proposing some problems that can be solved using these results. High school teachers may use such problems in the classroom to work on this subject with their students / Mestre

Orientador: Luiz Carlos Benini / Banca: José Gilberto Spasiani Rinaldi / Banca: Silvia Maria Prado / Resumo: Este trabalho consiste em apresentar a abordagem das cadeias de Markov como ferramenta auxiliadora na prática docente da matemática no Ensino Médio, tornando o processo mais tangível à realidade dos alunos. A contextualização dos conteúdos de matrizes, sistemas lineares e probabilidade poderá ser feita com exemplos práticos do cotidiano, considerando o meio social em que vivem os estudantes, resgatando assim o desejo pela aprendizagem e pelas aplicações da matemática. Espera-se desta forma maior receptividade da disciplina por parte dos discentes e, potencialmente, melhor resposta ao aprendizado pretendido. Assim sendo, o estudo aborda, num primeiro momento, a convergência de distribuição de probabilidade de uma cadeia de Markov de dois estados por meio de limites no in nito de uma função de probabilidade. Desta primeira cadeia de Markov de dois estados, é elaborado um roteiro de aula a ser abordado como exemplo a ser trabalhado em sala de aula relacionado às probabilidades de um time de futebol vencer as suas próximas partidas. Prosseguindo, observa-se a aplicabilidade das cadeias de Markov para calcular a distribuição de probabilidades de um jogador estar perdido em diferentes salas de um labirinto para cada tentativa de encontrar a saída. A m de evidenciar outro exemplo de aplicação das cadeias de Markov, há a construção de um modelo de preci cação de ativos com o objetivo de prever os preços de algumas ações de empresas negociadas na BM&FBOVESPA, a bolsa de valores do... / Abstract: This work presents the Markov chain approach as a useful tool in the teaching practice of mathematics in High School, making the process more tangible to the students' reality. The contextualization of matrix contents, linear systems and probability can be done with practical examples of daily life, considering the social environment in which students live, thus recovering the desire for learning and the applications of mathematics. It is expected in this way more receptivity of the discipline on the part of the students and, potentially, better response to the intended learning. Thus, the study addresses, rst, the convergence of probability distribution of a two-state Markov chain by means of in nite limits of a probability function. From this rst Markov chain of two states, a lesson script is elaborated to be approached as example to be worked in classroom related to the probabilities of a soccer team to win its next matches. Proceeding, we observe the applicability of Markov chains to calculate the probability distribution of a player being lost in di erent rooms of a maze for each attempt to nd the exit. In order to highlight another example of the application of the Markov chains, an asset pricing model is designed to predict the prices of some shares of companies traded on BM&FBOVESPA, the Brazilian stock exchange. Such an asset pricing model proved to be statistically adequate as a tool for analysis and calculation of the expected average returns of some of the ... / Mestre

Orientador: Andréa Cristina Prokopczyk Arita / Coorientador: Luís Antônio Fernandes Oliveira / Banca: Michelle Fernanda Pierri Hernandez / Banca: Waldemar Donizete Bastos / Resumo: Esta dissertação é um estudo sobre a controlabilidade de sistemas de controle descritos por equações diferenciais abstratas. Primeiramente, são apresentados alguns resultados de controlabilidade para sistemas lineares e sem retardo. Em seguida, é estabelecido um critério para a controlabilidade aproximada de sistemas lineares com retardo, através da comparação entre o conjunto atingível destes sistemas com o conjunto atingível dos sistemas sem retardo. Por fim, é apresentada uma generalização do resultado anterior para sistemas do tipo neutro com retardo / Abstract: This dissertation is a study on the controllability of control systems described by abstract differential equations. First, some results of controllability for linear systems without delay are presented. Then, a criterion for the approximate controllability of linear systems with delay is established by comparing the reachable set of these systems with the reachable set of the systems without delay. Finally, a generalization of the previous result for systems of neutral type with delay is presented / Mestre

Álgebra Linear e particularmente a teoria das matrizes e dos sistemas lineares são tópicos da Matemática que têm aplicações, não só dentro da própria Matemática, mas também em várias outras áreas do conhecimento humano. Neste trabalho, além de estudar estas teorias, estudamos algumas de suas aplicações na área da Economia, como em modelos lineares de produção, modelos de Markov para emprego e modelos de benefícios obtidos no pagamento de impostos após realizarmos contribuições filantrópicas. / Linear Algebra and particularly matrices and linear systems theory are topics in Mathematics with many applications in several branches of science. In this work we study this theory and some of its applications in Economy as in linear models of production, Markov models of employment and tax benefits of charitable contributions.

Neste trabalho procuramos determinar o controle ótimo para problemas de custo médio a longo prazo (CMLP) de sistemas lineares com saltos markovianos (SLSMs) com observação parcial dos estados da cadeia de Markov, e, para isso, implementamos métodos computacionais heurísticos como algoritmos evolutivos de primeira geração - algoritmo genético (AG) básico - e os algoritmos UMDA(Univariate Marginal Distribution Algorithm) e BOA(Bayesian Optimization Algorithm), de segunda geração. Utilizamos um algoritmo variacional para comparar com os métodos implementados e medir a qualidade de suas soluções. Desenvolvemos uma abordagem de transição de níveis de observação (ATNO), partindo de um problema de observação completa e migrando através de problemas parcialmente observados. Cada um dos métodos mencionados acima foi implementado também no contexto da ATNO. Para realizar uma análise estatística sobre o desempenho dos métodos computacionais, utilizamos um gerador de SLSMs com importantes características da teoria de controle como: estabilidade, estabilizabilidade, observabilidade, controlabilidade e detetabilidade. Por fim, apresentamos alguns resultados sobre o CMLP com controles estabilizantes e resultados parciais a respeito da unicidade de solução / In this work we are interested in the optimal control for the long run average cost (LRAC) problem for linear systems with Markov jump parameters (LSMJP), using heuristic methods like first generation evolutionary algorithms - genetic algorithm (GA) - and second generation algorithms including UMDA (Univariate Marginal Distribution Algorithm) and BOA (Bayesian Optimization Algorithm). We have developed a scheme that employs different problems with intermediate levels of observation of the Markov chain, starting with complete observation and shifting to the partial observation problem. The aforementioned methods have been implemented using this scheme. Moreover, in order to compare the methods, we use an algorithm for generating a number of LSMJP and we present a basic statistical analysis of the results. Finally, we present some results on the LRAC with stabilizing control and some partial results on the uniqueness of the solution

Neste trabalho de mestrado foi desenvolvido o projeto de uma máquina paralela dedicada para solução de sistemas de equações lineares. Este é um problema presente em uma grande variedade de aplicações científicas e de engenharia e cuja solução torna-se uma tarefa computacionalmente intensiva , a medida em que o número de incógnitas aumenta. Implementou-se uma Arquitetura Sistólica unidimensional, conectada numa topologia em anel, que mapeia métodos de solução iterativos. Essa classe de arquiteturas paralelas apresenta características de simplicidade, regularidade e modularidade que facilitam implementações em hardware, sendo muito utilizadas em sistemas de computação dedicados à solução de problemas específicos, que possuem como características básicas a grande demanda computacional e a necessidade de respostas em tempo real. Foram adotadas metodologias e ferramentas avançadas para projeto de hardware que aceleram o ciclo de desenvolvimento e para a implementação foram utilizados circuitos reconfiguráveis FPGAs (Field Programmable Gate Arrays). Os resultados de desempenho são apresentados e avaliados apontado a melhor configuração da arquitetura para atingir um speedup em relação a implementações em máquinas seqüenciais. Também são discutidas as vantagens e desvantagens deste tipo de abordagem e metodologia na solução de problemas que possuem requisitos de tempo. / This dissertation presents the project of a parallel machine dedicated for solving linear systems. This is a problem that appears in a great variety of scientific and engineering applications with a solution that becomes a computationally intensive task, measured by the increasing number of unknown variables. An Systolic Architecture was implemented, connected in a ring topology, mapping an iterative solution method. This class of parallel architectures presents characteristics of simplicity, regularity and modularity that facilitate hardware implementations, being very used in dedicated computation systems to the solution of specific problems, which possess as requirements to handle great computational demand and real-time response. Advanced methodologies and tools for hardware project were adopted to accelerate the development cycle. The architecture has been implemented and verified on FPGAs (Field Programmable Gate Arrays). The performance results are presented and discussed, indicating the feasibility and efficiency of the adopted approach and methodology for this kind of problem.

Este trabalho tem como objetivo apresentar os conteúdos de matrizes, determinantes e sistemas lineares aos professores de matemática que lecionam no ensino médio, ressaltando as situações-problema bem como suas aplicações, contextualizando através de problemas. / The goal of this work is to present an introduction to matrices, determinants, and linear systems to high school mathematics teachers highlighting some applications.

Orientador: Analice Costacurta Brandi / Banca: Gilcilene Sanchez de Paulo / Banca: Marcio Teixeira Mendonça / Resumo: O presente trabalho investiga a transição laminar-turbulenta devido a ondas de Tollmien-Schlichting para o escoamento de Poiseuille incompressível, bidimensional, de um uido viscoelástico, utilizando a equação constitutiva Giesekus. A Teoria de Estabilidade Linear e a Simulação Numérica Direta são utilizadas para veri car a estabilidade de escoamentos de uidos viscoelásticos a perturbações não estacionárias. Na análise LST a equação de Orr-Sommerfeld é modi cada para um uido viscoelástico e resolvida pelo método da estimativa (Shooting). Enquanto que, na formulação DNS, as equações de Navier-Stokes, juntamente com a equação constitutiva Giesekus, são resolvidas utilizando métodos de diferenças nitas compactas de alta ordem. Com o objetivo de avaliar as curvas neutras de estabilidade e as taxas de ampli cação, diferentes simulações numéricas são realizadas variando-se os parâmetros adimensionais no modelo Giesekus e comparando com o uido Newtoniano. As técnicas LST e DNS mostraram-se ferramentas e cientes na análise espacial da estabilidade de escoamentos viscoelásticos do tipo Giesekus, permitindo uma melhor compreensão da in uência dos parâmetros adimensionais desses escoamentos e contribuindo com resultados originais na veri cação da estabilidade de escoamentos viscoelásticos utilizando o uido Giesekus. / Abstract: The present work investigates the laminar-turbulent transition due to Tollmien-Schlichting waves for the incompressible two-dimensional Poiseuille ow of a viscoelastic uid, using the Giesekus constitutive equation. Linear Stability Theory and Direct Numerical Simulation are used to verify the stability of viscoelastic uid ows to unsteady disturbances. In the LST analysis, the Orr-Sommerfeld equation is modi ed to a viscoelastic uid and solved by Shooting method. Whereas, in the DNS formulation, the Navier-Stokes equations with the Giesekus constitutive equation are solved using high-order compact nite di erence methods. In order to evaluate the neutral stability curves and the ampli- cation rates, di erent numerical simulations are performed by varying the dimensionless parameters in the Giesekus model and their results are compared with the Newtonian uid. The LST and DNS techniques proved to be e cient tools to the spatial stability analysis of viscoelastic uid ows of the Giesekus type, allowing a better comprehension of the dimensionless parameters in uence of those ows, contributing with originals results to veri cation of the viscoelastics uid ows stability using Giesekus uid. / Mestre