Quantum trajectories are investigated within the complex quantum Hamilton-Jacobi formalism. A unified description is presented for complex quantum trajectories for one-dimensional time-dependent and time-independent problems. Complex quantum trajectories are examined for the free Gaussian wave packet, the coherent state in the harmonic potential, and the the barrier scattering problems. We analyze the variations of the complex-valued kinetic energy, the classical potential, and the quantum potential along the complex quantum trajectories. For one-dimensional time-independent scattering problems, we demonstrate general properties and similar structures of the complex quantum trajectories and the quantum potentials. In addition, it is shown that a quantum vortex forms around a node in the wave function in complex space, and the quantized circulation integral originates from the discontinuity in the real part of the complex action. Although the quantum momentum field displays hyperbolic flow around a node, the corresponding Polya vector field displays circular flow. Moreover, local topologies of the quantum momentum function and the Polya vector field are thoroughly analyzed near a stagnation point or a pole (including circular, hyperbolic, and attractive or repulsive structures). The local structure of the quantum momentum function and the Polya vector field around a stagnation point are related to the first derivative of the quantum momentum function. However, the magnitude of the asymptotic structures for these two fields near a pole depends only on the order of the node in the wave function. Finally, quantum interference is investigated and it leads to the formation of the topological structure of quantum caves in space-time Argand plots. These caves consist of the vortical and stagnation tubes originating from the isosurfaces of the amplitude of the wave function and its first derivative. Complex quantum trajectories display helical wrapping around the stagnation tubes and hyperbolic deflection near the vortical tubes. Moreover, the wrapping time for a specific trajectory is determined by the divergence and vorticity of the quantum momentum field. The lifetime for interference features is determined by the rotational dynamics of the nodal line in the complex plane. Therefore, these results demonstrate that the complex quantum trajectory method provides a novel perspective for analysis and interpretation of quantum phenomena. / text

In this thesis we study the optimal stochastic control problem of the drift of a Lévy process. We show that, for a broad class of Lévy processes, the partial integro-differential Hamilton-Jacobi-Bellman equation for the value function admits classical solutions and that control policies exist in feedback form. We then explore the class of Lévy processes that satisfy the requirements of the theorem, and find connections between the uniform integrability requirement and the notions of the score function and Fisher information from information theory. Finally we present three different numerical implementations of the control problem: a traditional dynamic programming approach, and two iterative approaches, one based on a finite difference scheme and the other on the Fourier transform. / text

Many methods for computing eigenvalues of a large sparse matrix involve shift-invert transformations which require the solution of a shifted linear system at each step. This thesis deals with shift-invert iterative techniques for solving eigenvalue problems where the arising linear systems are solved inexactly using a second iterative technique. This approach leads to an inner-outer type algorithm. We provide convergence results for the outer iterative eigenvalue computation as well as techniques for efficient inner solves. In particular eigenvalue computations using inexact inverse iteration, the Jacobi-Davidson method without subspace expansion and the shift-invert Arnoldi method as a subspace method are investigated in detail. A general convergence result for inexact inverse iteration for the non-Hermitian generalised eigenvalue problem is given, using only minimal assumptions. This convergence result is obtained in two different ways; on the one hand, we use an equivalence result between inexact inverse iteration applied to the generalised eigenproblem and modified Newton's method; on the other hand, a splitting method is used which generalises the idea of orthogonal decomposition. Both approaches also include an analysis for the convergence theory of a version of inexact Jacobi-Davidson method, where equivalences between Newton's method, inverse iteration and the Jacobi-Davidson method are exploited. To improve the efficiency of the inner iterative solves we introduce a new tuning strategy which can be applied to any standard preconditioner. We give a detailed analysis on this new preconditioning idea and show how the number of iterations for the inner iterative method and hence the total number of iterations can be reduced significantly by the application of this tuning strategy. The analysis of the tuned preconditioner is carried out for both Hermitian and non-Hermitian eigenproblems. We show how the preconditioner can be implemented efficiently and illustrate its performance using various numerical examples. An equivalence result between the preconditioned simplified Jacobi-Davidson method and inexact inverse iteration with the tuned preconditioner is given. Finally, we discuss the shift-invert Arnoldi method both in the standard and restarted fashion. First, existing relaxation strategies for the outer iterative solves are extended to implicitly restarted Arnoldi's method. Second, we apply the idea of tuning the preconditioner to the inner iterative solve. As for inexact inverse iteration the tuned preconditioner for inexact Arnoldi's method is shown to provide significant savings in the number of inner solves. The theory in this thesis is supported by many numerical examples.

Orientador: Bruto Max Pimentel Escobar / Resumo: Neste trabalho apresentamos o formalismo Hamiltoniano de Dirac para sistemas singulares, analisando inclusive a construção do gerador de transformações de gauge. A seguir discutimos brevemente a generalização, já conhecida, desse formalismo para o caso de Lagrangeanos singulares de segunda ordem fazendo também uma análise da estrutura de vínculos presente em tais teorias. Desenvolvemos então o formalismo de Hamilton-Jacobi para sistemas singulares fazendo sua generalização para Lagrangeanos de segunda ordem. Por último, ambos formalismos são aplicados à Eletrodinâmica de Podols y e os resultados obtidos são comparados. / Abstract: In this work we study Dirac's Hamiltonian formulation for singular systems including the construction of the gauge transformations generator. Next we briefy discuss the generalization, already developed, of this formalism for singular second order La grangians. Besides that we also make an anlysis of the constrains structure present in such theories. Then we develop the Hamilton-Jacobi formalism for singular systems making its generalization for the case of second order Lagrangians. Finally, both formalisms are applied to Podols y's eletrodynamics and the obtained results are comparad. / Mestre

This thesis considers symmetric functions and algebraic combinatorics via the polynomial representation theory of GL(N,C). In particular, we utilise the theory of Jacobi-Trudi determinants to prove some new results pertaining to the Littlewood-Richardson coefficients. Our results imply, under some hypotheses on the strictness of the partition an equality between Littlewood-Richardson coefficients and Kostka numbers. For the case that a suitable partition has two rows, an explicit formula is then obtained for the Littlewood-Richardson coefficient using the Hook Length formula. All these results are then applied to compute branching laws for GL(m+n,C) restricting to GL(m,C) x GL(n,C). The technique also implies the well-known Racah formula.

Cette thèse s'intéresse à la factorisation des fonctions zêta des hypersurfaces de Dwork. Candelas, de la Ossa et Rodriguez-Villegas ont mis en évidence, dans le cas de la quintique, un facteur provenant de la symétrie miroir et deux facteurs provenant de courbes de type hypergéométrique. Wan a établit le lien avec la symétrie miroir dans le cas général, mais les facteurs complémentaires n'ont pas été étudiés avec le même niveau de détail que dans le cas de la quintique, et c'est sur eux que se concentre cette thèse. Après un premier chapitre de rappels sur les hypersurfaces de Dwork, on détermine, dans le chapitre 2, une factorisation explicite des fonctions zêta en terme de facteurs provenant d'hypersurfaces de type hypergéométrique. Dans le chapitre 3, on déduit une factorisation à partir d'une décomposition isotypique de la cohomologie des hypersurfaces de Dwork. Finalement, dans le chapitre 4, on relie les deux factorisations précédentes.

Cette thèse est consacrée à la résolution des problèmes de contrôle non linéaires par des méthodes de calcul hybride. L'idée défendue est que la modélisation par les systèmes hybrides permet la résolution approchée des problèmes non linéaires sans connaissance a priori du comportement du système étudié. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la modélisation des systèmes de contrôle non linéaires par une nouvelle classe de systèmes hybrides affines par morceaux. Un soin particulier est apporté à l'étude de l'erreur et de la convergence de l'approximation hybride. La deuxième partie est consacrée au problème de la contrôlabilité à l'origine des systèmes non linéaires. Nous nous intéressons tout d'abord à la quantification de l'erreur commise entre le domaine contrôlable non linéaire et son approximation hybride. Nous proposons ensuite une approche constructive pour le calcul du domaine contrôlable, permettant alors de réduire l'exploration des états discrets de l'automate hybride. La dernière partie est dédiée à la recherche de solutions optimales des problèmes de contrôle non linéaires et hybrides. Nous justifions tout d'abord la pertinence de la modélisation hybride à travers deux approches : le principe du maximum de Pontryagin et les solutions de viscosité des équations d'Hamilton-Jacobi-Bellman. Nous énonçons en particulier un principe du maximum hybride qui nous permet alors de déterminer la structure du contrôle optimal hybride. Ces trois parties répondent à un objectif principal : développer par le calcul hybride combinant analyse numérique et calcul formel, des outils mathématiques et algorithmiques efficaces pour l'étude de dynamiques contrôlées non linéaires.

Dans cette thèse nous nous intéressons à des inégalités fonctionnelles comme les inégalités de Poincaré, Sobolev logarithmique, Sobolev, et celles appelées inégalités de transport. Dans un premier temps, nous étudions les inégalités de Poincaré et de Sobolev logarithmique pour des modèles de mécanique statistique. Cette étude nous permet de donner une nouvelle classe de phases telle que les mesures de Gibbs associées satisfassent à ces deux inégalités. Nous étudions dans un second temps, les inégalités de Sobolev logarithmique et de Sobolev par le biais des équations de Hamilton-Jacobi. Nous montrons, de la même façon que Gross en 1975 pour les semi-groupes de diffusion, l'équivalence entre l'inégalité de Sobolev logarithmique et l'hypercontractivité des solutions des équations de Hamilton-Jacobi. Cette équivalence permet de montrer, par une nouvelle méthode que celle utilisée par Otto et Villani, que l'inégalité de Sobolev logarithmique implique une inégalité de transport quadratique. De la même manière que Varopoulos en 1985 pour les semi-groupes de diffusion, nous donnons le lien entre l'inégalité de Sobolev et l'ultracontractivité des solutions des équations de Hamilton-Jacobi. Pour finir nous étudions les inégalités de transport dans un cadre général. Cette étude permet d'une part de donner le lien entre des inégalités de Sobolev logarithmiques modifiées et des inégalités de transport particulières et d'autre part de donner un exemple d'inégalité de transport quadratique pour une mesure en dimension infinie, la mesure de Wiener.

Le travail présenté dans ce mémoire est divisé en deux parties. La première partie est consacrée aux calculs des fonctions d'appui de la Jacobienne généralisée de Clarke et de son enveloppe plénière, associées à une fonction localement lipschtizienne à valeurs vectorielles. Clarke avait établi en 1975 que la fonction d'appui du sous-différentiel généralisé était une dérivée directionnelle généralisée. Il est donc satisfaisant de constater que la fonction d'appui de la Jacobienne généralisée est une sorte de "divergence directionnelle généralisée". Dans la seconde partie, nous présentons un certain nombre d'applications de techniques issues de l'Analyse non lisse à la résolution d'équations de Hamilton-Jacobi du premier ordre. Ainsi nous utilisons la dualité convexe et le calcul sous-différentiel pour prouver que les formules dites de Hopf-Lax définissent des solutions explicites des équations de Hamilton-Jacobi associées (avec données initiales semicontinues inférieurement). Nous n'utilisons ni le fameux principe de comparaison de la théorie des solutions de viscosité ni régularisation. Nous traitons successivement le cas de la dimension finie et de la dimension infinie. Ces résultats nous permettent de trouver des estimations des solutions d'équations dont l'hamiltonien est la différence de deux fonctions convexes. Enfin, nous nous attachons à l'étude des solutions sci dans des espaces de Banach dits ``lisses''. Le théorème de la valeur moyenne de Clarke et Ledyaev nous permet de montrer un résultat d'``enveloppe'' : nous construisons une solution sci pour une équation dont l'hamiltonien est le supremum d'une famille d'hamiltoniens. Nous appliquons enfin les mêmes techniques pour prouver l'existence d'une solution sci minimale sous des hypothèses plus faibles que celles que l'on recontre généralement dans la littérature.

Cette thèse se divise en 2 grandes parties indépendantes ; la première traitant des nombres de Jacobi-Stirling, la seconde abordant les nombres d'Entringer. La première partie introduit les nombres de Jacobi-Stirling de seconde et de première espèce comme coefficients algébriques dans des relations polynomiales. Nous donnons des interprétations combinatoires de ces nombres, en termes de partitions d'ensembles et de quasi-permutations pour les nombres de seconde espèce, et en termes de permutations pour les nombres de première espèce. Nous étudions également les fonctions génératrices diagonales de ces familles de nombres, ainsi qu'une de leur généralisation sur le modèle des r-nombres de Stirling. La seconde partie introduit les nombres d'Entringer à l'aide de leur interprétation en termes de permutations alternantes. Nous étudions les différentes formules de récurrence vérifiées par ces nombres et généralisons ces résultats à l'aide d'un q-analogue utilisant la statistique d'inversion. Nous verrons également que ces résultats peuvent être étendus à des permutations de forme donnée quelconque. Enfin, nous définissons la notion de famille d'Entringer, et établissons des bijections entre certaines de ces familles. En particulier, nous établissons une bijection reliant les permutations alternantes de premier terme fixé, aux arbres binaires croissants dont l'extrémité du chemin minimal est fixée.