A dissertation submitted to the Faculty of Science, School of Mathematics University of the Witwatersrand Johannesburg South Africa / Linear second order ordinary di erential boundary value problems feature prominently in many scienti c eld, such as physics and engineering. Solving these problems is often riddled with complications though a myriad of techniques have been devised to alleviate these di culties. One such method is by transforming a problem into a more readily solvable form or a problem which behaves in a manner which is well understood. The Darboux-Crum transformation is a particularly interesting transformation characterised by some surprising properties, and an increase in the number of works produced in the last few years related to this transformation has prompted this investigation. The classical orthogonal polynomials, namely those of Jacobi, Legendre, Hermite and Laguerre, have been nominated as test candidates and this work will investigate how these orthogonal families are a ected when transformed via Darboux-Crum transformations.

Thesis (Ph. D.)--West Virginia University, 2001. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains iv, 60 p. Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 64-66).

We present a new spectral problem, a generalization of the D-Kaup-Newell spectral problem, associated with the Lie algebra sl(2,R). Zero curvature equations furnish the soliton hierarchy. The trace identity produces the Hamiltonian structure for the hierarchy. Lastly, a reduction of the spectral problem is shown to have a different soliton hierarchy with a bi-Hamiltonian structure. The first major motivation of this dissertation is to present spectral problems that generate two soliton hierarchies with infinitely many commuting conservation laws and high-order symmetries, i.e., they are Liouville integrable. We use the soliton hierarchies and a non-seimisimple matrix loop Lie algebra in order to construct integrable couplings. An enlarged spectral problem is presented starting from a generalization of the D-Kaup-Newell spectral problem. Then the enlarged zero curvature equations are solved from a series of Lax pairs producing the desired integrable couplings. A reduction is made of the original enlarged spectral problem generating a second integrable coupling system. Next, we discuss how to compute bilinear forms that are symmetric, ad-invariant, and non-degenerate on the given non-semisimple matrix Lie algebra to employ the variational identity. The variational identity is applied to the original integrable couplings of a generalized D-Kaup-Newell soliton hierarchy to furnish its Hamiltonian structures. Then we apply the variational identity to the reduced integrable couplings. The reduced coupling system has a bi-Hamiltonian structure. Both integrable coupling systems retain the properties of infinitely many commuting high-order symmetries and conserved densities of their original subsystems and, again, are Liouville integrable. In order to find solutions to a generalized D-Kaup-Newell integrable coupling system, a theory of Darboux transformations on integrable couplings is formulated. The theory pertains to a spectral problem where the spectral matrix is a polynomial in lambda of any order. An application to a generalized D-Kaup-Newell integrable couplings system is worked out, along with an explicit formula for the associated Bäcklund transformation. Precise one-soliton-like solutions are given for the m-th order generalized D-Kaup-Newell integrable coupling system.

<p align="justify">Les transformations de supersymétrie (ou de Darboux) sont appliquées à l'étude du problème inverse, c'est à dire à la construction d'un potentiel d'interaction à partir de données de collisions, en mécanique quantique. En effet, ces transformations permettent de construire de nouveaux potentiels à partir d'un potentiel donné. Leur formalisme est étudié en détail, ainsi que celui correspondant à l'itération de deux telles transformations (paires de transformations).</p><p><p align="justify">La présence d'états liés rend le problème inverse ambigu :plusieurs potentiels ayant des spectres liés différents peuvent avoir les mêmes propriétés pour la description des collisions; de tels potentiels sont dits équivalents en phase. Une décomposition originale du problème inverse est proposée pour gérer efficacement cette ambiguïté :dans un premier temps, un potentiel est construit à partir des données de collision (ce qui constitue le problème inverse proprement dit); dans un second temps, tous les potentiels équivalents en phase au potentiel ainsi obtenu sont construits. Avant ce travail, il était connu que ces deux aspects du problème inverse pouvaient être traités à l'aide de paires de transformations de supersymétrie.</p><p><p align="justify">En ce qui concerne la construction de potentiels équivalents, nous étendons les méthodes existantes à des catégories de potentiels très utilisées en physique nucléaire, à savoir les potentiels optiques (ou complexes), les potentiels en voies couplées et les potentiels dépendant linéairement de l'énergie. En utilisant une paire de transformations permettant d'enlever un état lié, nous comparons les propriétés physiques des potentiels nucléaires profonds (c'est à dire possédant des états liés interdits par le principe de Pauli) et peu profonds. Des calculs dans des modèles à trois corps du noyau à halo d'6He et de la collision 16O+17O à basse énergie n'ont pas révélé d'importantes différences entre ces familles de potentiels. D'autres types de transformations permettent d'ajouter des états liés à énergie et normalisation arbitraires. Cependant, dans le cas à plusieurs voies, leur utilisation est compliquée par la possibilité d'avoir des états liés dégénérés et non dégénérés. Une étude préliminaire à deux voies montre que ces deux types d'états peuvent être traités par supersymétrie.</p><p><p align="justify">En ce qui concerne le problème inverse proprement dit, nous montrons que l'utilisation de transformations simples (plutôt que de paires) permet une meilleure compréhension des méthodes existantes, tant pour l'inversion à moment cinétique orbital fixe que pour l'inversion à énergie fixe. De plus, l'utilisation de transformations simples mène dans certains cas à de nouvelles catégories de potentiels. Ainsi, nous construisons un nouveau potentiel d'interaction nucléon nucléon pour l'onde 1S; ce potentiel possède une singularité en r 2 à l'origine. La possibilité de construire des potentiels profonds par inversion est brièvement discutée. Pour les voies couplées, une étude bibliographique révèle certaines propriétés contradictoires des méthodes existantes, mais une analyse complète reste à faire.</p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

No description available.