Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-29T13:39:27Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1365406 bytes, checksum: 95b2e457fb9ce800716ef14c1a145df6 (MD5) / Approved for entry into archive by Fernando Souza (fernandoafsou@gmail.com) on 2017-08-29T13:58:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1365406 bytes, checksum: 95b2e457fb9ce800716ef14c1a145df6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T13:58:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1365406 bytes, checksum: 95b2e457fb9ce800716ef14c1a145df6 (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, we study the Laplace Transform and explore its application in solving some linear ordinary di erential equations, which model various phenomena in the areas of Physics, Engineering, Industrial Automation and Mathematics itself. Such knowledge is of great importance in higher education courses covering such areas. We present the de nition, properties and main results involving the Laplace Transform and address several problems in the areas mentioned above. / Neste trabalho, estudamos a Transformada de Laplace e exploramos sua aplica ção na resolução de algumas equações diferenciais ordinárias lineares, as quais modelam vários fenômenos nas áreas de Física, Engenharia, Automação Industrial e na própria Matemática. Tais conhecimentos são de suma importância em cursos superiores que abrangem tais áreas. Apresentamos a de nição, propriedades e principais resultados envolvendo a Transformada de Laplace e abordamos vários problemas nas áreas citadas anteriormente.

O presente trabalho teve como objetivo a implementação de técnicas de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) para o estudo de meios porosos em geral, com potenciais aplicações no estudo de rochas, ossos, polímeros e materiais cerâmicos porosos. Devido à heterogeneidade e à complexidade desses meios, torna-se importante correlacionar variados parâmetros físicos que contenham informações tanto sobre a dinâmica molecular quanto sobre a estrutura físico-química dos poros e dos fluidos que os permeiam. Utilizando técnicas de RMN, é possível investigar esses parâmetros através da medida dos coeficientes de difusão e dos tempos de relaxação longitudinal e transversal dos fluidos presentes nos poros, que apresentam diferentes estados dinâmicos, variando desde um líquido isotrópico até um líquido com alta viscosidade ou organizado devido à sua interação com a superfície dos poros ou com partículas presentes nos fluidos. Para isso, foram empregadas técnicas de RMN baseadas especialmente em medidas de tempos de relaxação transversal que, quando adequadamente combinadas, permitem a construção de mapas bidimensionais que correlacionam propriedades da dinâmica molecular de fluidos saturantes nessas amostras em instantes diferentes do experimento, provendo informações sobre as dimensões e escalas temporais envolvidas na dinâmica dos fluidos saturantes dos meios porosos. Esses mapas foram obtidos a partir de dados experimentais obtidos com rochas petrolíferas saturadas com água via algoritmos de inversão da transformada de Laplace bidimensional. Este trabalho foi realizado utilizando a infraestrutura existente nos laboratórios de RMN do IFSC, sendo grande parte do hardware e software desenvolvidos durante o projeto de doutorado. Foi desenvolvido um programa para processamento da transformada inversa de Laplace de dados unidimensionais, sendo este utilizado para o estudo de propriedades de adesão de pastilhas de gesso quando submetidas a diferentes pressões. Além disso, foram desenvolvidos modelos computacionais para simular essas propriedades relacionadas aos experimentos utilizados para o estudo dos meios porosos. Parte deste trabalho contou com a realização de dos estudos na Victoria University of Wellington em colaboração com o professor Paul T. Callaghan através do Programa de Doutorado e Estágio no Exterior (PDEE) da CAPES. / This study aimed to implement Nuclear Magnetic Resonance (NMR) for the study of porous media in general, with potential applications in the study of rocks, bones, porous polymers and ceramics. Due to the heterogeneity and complexity of these media, it becomes important to correlate various physical parameters that contain information about both the molecular dynamics on the structure and physical chemistry of pore fluid and the permeate. Using NMR techniques, it is possible to investigate these parameters by measuring diffusion coefficients, transverse and longitudinal relaxation times of fluids within the pores, which have different dynamical states, ranging from an isotropic liquid to a liquid with high viscosity or organized due to its interaction with the surface of the pores or particles suspended in fluid. For this, we employed NMR techniques based especially on measurements of transverse relaxation times, which when properly combined, allow the construction of two-dimensional maps that correlate properties of the molecular dynamics of fluids saturating these samples at different times of the experiment, providing information on dimensions and time scales involved in the dynamics of fluids saturating the porous media. These maps were obtained from experimental data on water-saturated oil rocks via inversion of two-dimensional Laplace transform. This work was performed using the existing infrastructure in the IFSC NMR laboratories and much of the hardware and software was developed during the doctoral project. We developed a program for processing the one-dimensional inverse Laplace transform data, which was used for studying the adhesion properties of gypsum pellets when subjected to different pressures. Additionally, we developed computational models to simulate physical-chemical properties related to the experiments used for the studies of fluids within porous media. Part of this work included studies performed in Victoria University of Wellington in collaboration with Professor Paul T. Callaghan through the Programa de Doutorado e Estágio no Exterior (PDEE) from CAPES.

O contínuo Tempo Randon Walk desenvolvido por Scher e Montroll é generalizado a fim de incluir as transições de taxas de espaço e o tempo. Tomando o limite contínuo, no passeio de equações aleatórias, uma equação geral de uma carga espacial transportada é obtida. A equivalência entre hopping e transporte através de estados expandidos com armadilhas é mostrado para realizar no espaço uma carga caso. Uma análise dos transportes um processo com dois processos simultâneos condução, por um armadilhagem e alargado a outros estados e por hopping através de armadilhas, é realizada. O Método Substituição Funcional (EFM) é introduzida a fim de obter resultados semi-markofian de Markofian soluções. Soluções específicas são obtidas em campo caso o alto e aproximadas queridos no espaço cobrar caso. Uma aproximação analítica de solução para o potencial superficial de decadência de uma sólida com armadilhas cobrado pela Corona é dada pela utilização do FSM. / The continuous Time Randon Walk developed by Scher and Montroll is generalized in order t o include space and time transitions rates. Taking the continuum limit in the random walk equations a general equation for space charge transport is obtained. The equivalence between hopping and transport via extended states with traps is shown to hold in the space charge case. An analysis of a transport process with two simultaneous conduction process, one by trapping and extended states and the other by hopping via traps, is carried out. The Functional Substitution Method (FSM) is introduced in order to get semi-markofian results from Markofian solutions. Specific exact solutions are obtained in the high field case and approximated ones in the space charge case. An approximated analytical solution for the superficial potential decay of a solid with traps charged by Corona is given by use of FSM.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Este trabalho trata das propriedades e aplicaÃÃes dos determinantes reconhecendo-os como uma ferramenta importante para sintetizar a representaÃÃo e o cÃlculo de algumas funÃÃes e equaÃÃes na Ãrea de geometria analÃtica e Ãlgebra linear. Nos primeiros capÃtulos apresentam-se um pouco da histÃria dos determinantes, os matemÃticos que contribuÃram na sua evoluÃÃo e a necessidade que gerou o inÃcio do seu estudo. Prossegue-se entÃo, a definiÃÃo de determinante e o cÃlculo dos determinantes a partir do teorema de Laplace via recorrÃncia, bem como o dispositivo prÃtico de Sarrus para determinante de terceira ordem. No capÃtulo seguinte, sÃo apresentadas as propriedades, num total de doze, com suas demonstraÃÃes e exemplos, pois elas serÃo utilizadas nas aplicaÃÃes dos determinantes. Logo apÃs, apresenta-se uma sÃrie de aplicaÃÃes na Ãrea de Ãlgebra linear, por exemplo: dependÃncia e independÃncia linear, matriz inversa, soluÃÃo de sistemas lineares (Regra de Cramer) e produto vetorial; alÃm de aplicaÃÃes na Ãrea de geometria analÃtica, tais como: condiÃÃo de alinhamento de trÃs pontos, Ãrea do paralelogramo e volume do paralelepÃpedo. Por fim, conclui-se que à fundamental o professor da segunda sÃrie do ensino mÃdio abordar em suas aulas um pouco da histÃria, chamando a atenÃÃo dos alunos para os matemÃticos que se destacaram neste estudo; expor as aplicaÃÃes dos determinantes, despertando a curiosidade de seus alunos e o interesse pela Ãrea de Ãlgebra linear ou geometria analÃtica. / This paper deals with the properties and applications of determinants recognizing them as an important tool to synthesize the representation and calculation of some functions and equations in the field of analytical geometry and linear algebra. In the first chapters we present some of the history of determinants, the mathematicians who contributed in its evolution and the need that generated the beginning of their study. Then we proceed, the definition of determining and calculating the determinants from the theorem of Laplace via recurrence as well as the handy device for determining Sarrus third order. In the next chapter, we present the properties, a total of twelve, with their statements and examples, as they will be used in applications of determinants. Soon after, it presents a number of applications in linear algebra, eg, linear dependence and independence, inverse matrix, solution of linear systems (Cramer's Rule) and cross product; addition to applications in analytical geometry, such as alignment condition of three points of the parallelogram area and volume of the parallelepiped. Finally, it is concluded that it is essential the teacher of the second grade of high school address in their classes a little history, calling students' attention to mathematicians who have excelled in this study; expose the applications of determinants, arousing the curiosity of their students and interest in the area of linear algebra and analytic geometry.

nÃo hà / O objetivo deste trabalho à apresentar o conceito de determinantes no nÃvel secundÃrio a fim de mostrar suas origens e algumas demonstraÃÃes que sÃo omitidas nos livros didÃticos. Desenvolvemos a ideia dos determinantes de ordem 2 auxiliados pelos sistemas lineares de duas equaÃÃes e duas variÃveis, associando matrizes quadradas e mostrando na sua resoluÃÃo o denominador comum que se apresenta no cÃlculo de cada variÃvel. Apresentamos a mesma ideia para os determinantes de ordem 3, associando a um sistema linear 3 por 3 para, em seguida demonstrar a regra de Sarrus e comparÃ-la com a definiÃÃo geral de determinantes dada por Laplace. No Ãltimo capÃtulo apresentamos a definiÃÃo de determinantes usando permutaÃÃes sobre linhas ou colunas com o intuito de facilitar as demonstraÃÃes de algumas propriedades importantes que simplificam o cÃlculo de determinantes de ordem superior a 3. Ainda neste capÃtulo finalizamos com exercÃcios resolvidos de algumas questÃes consideradas complexas cuja soluÃÃo fica bastante facilitada com o uso das propriedades. / The goal of this work is to present the concept of determinants in high-school level in order to show its origins and to formulate some demonstrations which are omitted in school books. The concept of second order determinants were developed using two equations and two variables linear systems, associating them to square matrices and exhibiting the common denominator which results from the calculation of each variable. The same idea was applied to develop third order determinants, this time associating with a 3 equations in 3 variables linear system to, then, demonstrate the rule of Sarrus and compare it with the general definition for determinants introduced by Laplace. In the last chapter, itâs presented the definition of determinants using permutations in rows or columns in order to favor the demonstration of some important properties which simplify the calculation of determinants of order greater than 3. The chapter ends with the resolution of some complex questions whose calculation is much easier with the use of those properties.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho estudamos o operador de Laplace-Beltrami definido em variedades Riemannianas. AlÃm do espectro de tal operador, apresentamos tambÃm algumas de suas propriedades, como o fato deste operador ser auto adjunto e nÃo negativo. Nosso objetivo principal consiste em analisar a existÃncia de autovalores para o operador de Laplace-Beltrami, sob determinadas condiÃÃes, em superfÃcies que sÃo grÃficos de funÃÃes radiais, definida sobre todo o plano, ou seja, superfÃcies nÃo compactas de revoluÃao. Esta dissertaÃÃo se baseia no artigo On the spectrum of the Laplace-Beltrami Operator on a Non-Compact Surface" de Takao Tayoshi ( Comm. By Kinjir^o Kunugi, M. J. A., Feb. 12,1971). Para realizaÃÃo desse trabalho foram introduzidos conceitos bÃsicos de anÃlise funcional com destaque para o estudo de espaÃos de Hilbert e a teoria espectral de operadores auto adjuntos, geometria riemanniana em superfÃcies e equaÃÃes diferenciais parciais, em particular resultados para operadores elÃpticos de segunda ordem. AlÃm disso, se fizeram necessÃrios alguns resultados de matemÃtica avanÃada. / In this work we study the Laplace-Beltrami operator defined on Riemannian manifolds. In addition to the spectrum of such an operator, we also present some of its properties, such as the fact that this operator is self-adjoint and non-negative. Our main goal is to analyze the existence of eigenvalues for the Laplace-Beltrami operator, under certain conditions, for exemple, surfaces that are complete graphs of radial functions, which is a revolution non-compact surfaces. This dissertation is based on the article "On the spectrum of the Laplace-Beltrami Operator on the Non-Compact Surface"of Takao Tayoshi(Comm. By Kinjiro Kunugi, MJA, Feb. 12, 1971). To perform this work were introduced basics concepts of functional analysis, with emphasis on the study of Hilbert spaces and the spectral theory of self-adjoint operators, Riemannian Geometry in surfaces and Partial Differential Equations, in particular results for elliptic operators of second order.In addition, were needed some results for advanced mathematics.

No presente trabalho são apresentadas soluções analíticas das equações de difusão de nêutrons bidimensionais com dois grupos de energia, a saber, nêutrons rápidos e térmicos em uma placa com propriedades homogêneas. Alem disso, são resolvidos detalhadamente os problemas onde a placa homogênea é substituída por duas e quatro regiões, tornando-os não-homogêneos. A partir da aplicação da transformada de Laplace e da Técnica da Transformada Integral Generalizada (GITT), respectivamente, é resolvida em uma forma analítica o problema de autovalor resultante para o fluxo de nêutrons. No problema heterogêneo são usados filtros para homogenizar as condições de contorno não-homogêneas. Esta é a condição para a aplicação da GITT. Os três problemas mencionados acima são resolvidos aplicando primeiramente a GITT, o qual reduz a dimensão da equação de difusão, seguida da aplicação da transformada de Laplace, o qual reduz a ordem da equação. Deste procedimento, resulta um sistema de equações algébricas dependente das constantes de integração. 0 sistema é resolvido usando a técnica da eliminação de Gauss. Os fluxos transformados pela GITT são recuperados invertendo-se analiticamente a transformada de Laplace usando a expansão de Heaviside, os quais ainda dependem das constantes de integração. A partir da aplicação das condições de contorno e de interface (para os problemas não-homogêneos) obtém-se um sistema de equações algébricas homogêneas, de onde é determinado o fator de multiplicação efetivo Keff pelo método da bissecção. As constantes de integração são determinadas fazendo use da potencia prescrita da placa. Assim, os fluxos de nêutrons transformados pela GITT ficam determinados e os fluxos de nêutrons rápidos e térmicos são recuperados através da formula da inversa da GITT, usando a expansão do potencial. Resultados são comparados com a solução do método de diferenças finitas. / In the present work we present analytical solutions of the bi-dimensional neutron diffusion equation with two energy groups, i.e. fast and thermal neutrons in a sheet with homogeneous properties. Further we solve the detailed problem where the homogeneous sheet is substituted by two and four regions, rendering the problem a non-homogeneous one. Upon application of the Laplace transform and Generalized Integral Transform Tecnique (GITT), respectively, we solve in an analytical fashion the resulting eigenvalue problem for the neutron flux. In the heterogeneous problem, we use filter functions in order to homogenize the non-homogeneous boundary conditions. This is a condition for the application of GITT. We solve the three problems mentioned above applying first GITT, which reduces the dimension of the diffusion equation followed by the Laplace transform, which reduces the order of the equation. This procedure yields a non-homogeneous algebraic system depending on integration constants. The system is solved using the elimination technique by Gauss. The transformed fluxes by GITT are recovered upon inverting analytically the Laplace transform using Heaviside's expansion which depend still on the integration constants. Upon application of the boundary and interface conditions (for the non-homogeneous problem) one obtains a system of homogeneous algebraic equations, where we determine the effective multiplication factor keff by the bisection method. The integration constants are determined making use of the predefined power of the sheet. Thus the neutron fluxes transformed by GITT are determined and the fast and thermal neutron flux are recovered by the inverse formula of GITT, using the potential expansion. Results are compared to the solution by the finite difference method.

Knowledge of the indoor propagation of sound has many important applications including acoustic prediction in homes, office buildings, stores, and schools, and the design of concert halls, auditoriums, classrooms, and factories. At low frequencies, interior acoustics are analyzed with the wave equation, but significant computational expense imposes an upper frequency limit. Thus, energy methods are often sought for high frequency analysis. However, conventional energy methods are significantly limited by vast simplifications or computational costs. Therefore, new improvements are still being sought. The basis of this dissertation is a recently developed mathematical model for interior acoustics known as the acoustic diffusion model. The model extends statistical methods in high frequency acoustics to predict the spatial distribution of acoustic energy in the volume over time as a diffusion process. Previously, solutions to the acoustic diffusion model have been limited to one dimensional (1-D) analytical solutions and to the use of the finite element method (FEM). This dissertation focuses on a new, efficient method for solving the acoustic diffusion model based on a boundary element method (BEM) solution using the Laplace transform. First, a Laplace domain solution to the diffusion model is obtained using the BEM. Then, a numerical inverse Laplace transform is used to efficiently compute the time domain response. The diffusion boundary element-Laplace transform solution (BE-LTS) is validated through comparisons with Sabine theory, ray tracing, and a diffusion FEM solution. All methods demonstrate excellent agreement for three increasingly complex acoustic volumes and the computational efficiency of the BE-LTS is exposed. Structural coupling is then incorporated in the diffusion BE-LTS using two methods. First, a simple transmission coefficient separating two acoustic volumes is implemented. Second, a structural power flow model represents the coupling partition separating acoustic volumes. The validation of these methods is successfully performed in an example through comparisons with statistical theory, a diffusion FEM solution, ray tracing, and experimental data. Finally, the diffusion model and the BE-LTS are shown to possess capabilities beyond that of room acoustics. The acoustic transmission through a heat exchanger, acoustic foam, and mufflers is successfully modeled using the diffusion BE-LTS and compared to experimental data. / Ph. D.

The analytical solution to a model time-dependent continuous lethargy photon transport equation is evaluated numerically to obtain a benchmark solution using the Laplace transforms coupled with the multiple collision expansion method. The benchmark solution is then used to check the accuracy of the multigroup approximation. Excellent agreement between continuous lethargy benchmarks and multigroup approximation is obtained.

In this dissertation we study the Laplace operator acting on functions on a smooth, compact Riemannian manifold. Our approach is based on the study of the spectrum of the aforementioned operator. The main objects of our interest are the counting function of the Laplacian and its Riesz means. We discuss the asymptotics of aforementioned functions when the argument approaches infinity.