Cette thèse à pour objet l’étude des résonances du laplacien sur les variétés à pointes. Ce sont des variétés dont les bouts sont des pointes hyperboliques réelles. Ces objets ont été introduits par Selberg pour les surfaces à pointes de courbure constante dans les années 50. Leur définition a ensuite été étendue en courbure variable par Lax et Phillips. Les résonances sont les poles d’une famille méromorphe de fonctions propres généralisées du laplacien. Elles sont associées au spectre continu du laplacien. Pour analyser ce spectre continu, plusieurs directions de recherche sont explorées ici. D’une part, on obtient des résultats sur la localisation de ces résonances. En particulier, si la courbure est négative, on montre que pour un ensemble générique de métriques, les résonances se séparent en deux ensembles. Le premier est contenu dans une bande près du spectre continu. L’autre partie est composé de résonances qui s’éloignent du spectre. Ceci laisse une zone de taille log sans résonance.D’autre part, on étudie les mesures microlocales associées à certaines suites de paramètre spectraux. En particulier, on montre que pour des suites de paramètres spectraux qui s’approche du spectre, mais pas trop vite, la mesure microlocale associée est nécessairement la mesure de Liouville. Cette propriété est valable quand la courbure de la variété est négative. / In this thesis, we study the resonances of the Laplace operator on cusp manifolds. They are manifolds whose ends are real hyperbolic cusps. The resonances were introduced by Selberg in the 50's for the constant curvature cusp surfaces. Their definition was later extended to the case of variable curvature by Lax and Phillips. The resonances are the poles of a meromorphic family of generalized eigenfunctions of the Laplace operator. They are associated to the continuous spectrum of the Laplace operator. To analyze this continuous spectrum, different directions of research are investigated.On the one hand, we obtain results on the localization of resonances. In particular, if the curvature is negative, for a generic set of metrics, they split into two sets. The first one is included in a band near the spectrum. The other is composed of resonances that are far from the spectrum. This leaves a log zone without resonances. On the other hand, we study the microlocal measures associated to certain sequences of spectral parameters. In particular we show that for some sequences of parameters that converge to the spectrum, but not too fast, the associated microlocal measure has to be the Liouville measure. This property holds when the curvature is negative.

Zufällige Bewegungen wie Diffusion sind ein allgegenwärtiges Phänomen, anzufinden nicht nur in der Physik. Das Hauptobjekt von Diffusionsmodellen ist oft die mittlere quadratische Verschiebung eines Teilchens, welche für sogenannte normal-diffusive Prozesse linear mit der Zeit anwächst. Anomale Diffusion bezeichnet Prozesse, für welche sie nicht-linear wächst; ein wichtiges Beispiel ist die Bewegung großer Moleküle in biologischen Zellen. Erscheinungen wie schwache Ergodizitätsbrechung sind ebenfalls bei anomaler Diffusion zu finden, und es gibt viele mathematische Modelle zu ihrer Beschreibung. Oft ist es schwierig für ein bestimmtes Experiment das "richtige" Modell, d.h. die physikalische Ursache der Anomalie, zu finden. Eine Methode zur Trennung oder Identifikation der physikalischen Ursachen wird also dringend benötigt. In dieser Arbeit stellten wir uns diesem Problem. Zuerst betrachteten wir ein recht allgemeines Modell zur Diffusion in ungeordneten Medien. Mithilfe der Netzwerktheorie trennten wir zwei Mechanismen, nämlich energetische und strukturelle Unordnung, welche beide zu anomaler Diffusion führen. Diese Klassen wurden dann in die Sprache der stochastischen Prozesse übertragen. Das erlaubte uns eine einfache Methode, die des fundamentalen Momentes, zu formulieren. Jene Methode ist in der Lage die energetischen und strukturellen Anteile eines Diffusionsprozesses voneinander zu trennen. Zuletzt behandelten wir Ergodizität und Ergodizitätsbrechung aus der Sicht der energetischen und strukturellen Unordnung. / Random motion, in particular diffusion, is a ubiquitous phenomenon that is encountered not only in physics. The main object of a diffusion model is usually the mean squared displacement (msd) of a particle, which for so-called normal diffusion grows linearly in time. Anomalous diffusion denotes processes, in which the msd grows non-linearly; an important example is the motion of large molecules in biological cells. Many interesting properties like weak ergodicity breaking are connected to anomalous diffusion, and there are many mathematical models exhibiting anomalous behaviour. Given an experiment, it is often difficult to decide, what is the "correct" model, i.e. the physical cause for the anomaly. Therefore, a method capable of separation and identification of different physical mechanisms is urgently required. This thesis approached the mentioned issue. First of all, we considered a quite general model for diffusion in disordered media. We used some network theory to distinguish two physical mechanisms - energetic and structural disorder. Both cause anomalous diffusion. Those classes of disorder were then translated into the language of stochastic processes. This put ourselves in position to propose a simple method, the fundamental moment, that is capable of separating the energetic and structural components of a diffusion process. At last, we discussed ergodicity and ergodicity breaking from the point of view of energetic and structural disorder.

Les travaux de cette thèse portent sur le choix du paramètre de lissage dans le problème de l'estimation non paramétrique de la fonction de densité associée à des processus stationnaires ergodiques à temps continus. La précision de cette estimation dépend du choix de ce paramètre. La motivation essentielle est de construire une procédure de sélection automatique de la fenêtre et d'établir des propriétés asymptotiques de cette dernière en considérant un cadre de dépendance des données assez général qui puisse être facilement utilisé en pratique. Cette contribution se compose de trois parties. La première partie est consacrée à l'état de l'art relatif à la problématique qui situe bien notre contribution dans la littérature. Dans la deuxième partie, nous construisons une méthode de sélection automatique du paramètre de lissage liée à l'estimation de la densité par la méthode du noyau. Ce choix issu de la méthode de la validation croisée est asymptotiquement optimal. Dans la troisième partie, nous établissons des propriétés asymptotiques, de la fenêtre issue de la méthode de la validation croisée, données par des résultats de convergence presque sûre. / The work this thesis focuses on the choice of the smoothing parameter in the context of non-parametric estimation of the density function for stationary ergodic continuous time processes. The accuracy of the estimation depends greatly on the choice of this parameter. The main goal of this work is to build an automatic window selection procedure and establish asymptotic properties while considering a general dependency framework that can be easily used in practice. The manuscript is divided into three parts. The first part reviews the literature on the subject, set the state of the art and discusses our contribution in within. In the second part, we design an automatical method for selecting the smoothing parameter when the density is estimated by the Kernel method. This choice stemming from the cross-validation method is asymptotically optimal. In the third part, we establish an asymptotic properties pertaining to consistency with rate for the resulting estimate of the window-width.

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Dans cette thèse, on s'intéresse à des systèmes stochastiques modélisant un des phénomènes biologiques les plus mystérieux, les mouvements collectifs de populations. Pour un groupe de N individus, vus comme des particules sans poids ni volume, on étudie deux types de comportements asymptotiques : d'un côté, en temps long, les propriétés d'ergodicité et de flocking, de l'autre, quand le nombre de particules N tend vers l'infini, les phénomènes de propagation du chaos. Le modèle, déterministe, de Cucker-Smale, un modèle cinétique de champ moyen pour une population sans structure hiérarchique, est notre point de départ : les deux premiers chapitres sont consacrés à la compréhension de diverses dynamiques stochastiques qui s'en inspirent, du bruit étant rajouté sous différentes formes. Le troisième chapitre, originellement une tentative d'amélioration de ces résultats, est basé sur la méthode du développement en amas, un outil de physique statistique. On prouve l'ergodicité exponentielle de certains processus non- markoviens à drift non-régulier. Dans la dernière partie, on démontre l'existence d'une solution, unique dans un certain sens, pour un système stochastique de particules associé au modèle chimiotactique de Keller et Segel. / In this thesis, stochastic dynamics modelling collective motions of populations, one of the most mysterious type of biological phenomena, are considered. For a system of N particle-like individuals, two kinds of asymptotic behaviours are studied: ergodicity and flocking properties, in long time, and propagation of chaos, when the number N of agents goes to infinity. Cucker and Smale, deterministic, mean-field kinetic model for a population without a hierarchical structure is the starting point of our journey: the fist two chapters are dedicated to the understanding of various stochastic dynamics it inspires, with random noise added in different ways. The third chapter, an attempt to improve those results, is built upon the cluster expansion method, a technique from statistical mechanics. Exponential ergodicity is obtained for a class of non-Markovian process with non-regular drift. In the final part, the focus shifts onto a stochastic system of interacting particles derived from Keller and Segel 2-D parabolic-elliptic model for chemotaxis. Existence and weak uniqueness are proven.

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:32:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AntonioMBN_DISSERT.pdf: 717546 bytes, checksum: 381030bb759313d7ef41203fde24db9f (MD5) Previous issue date: 2014-02-14 / The central objective of a study Non-Homogeneous Markov Chains is the concept of weak and strong ergodicity. A chain is weak ergodic if the dependence on the initial distribution vanishes with time, and it is strong ergodic if it is weak ergodic and converges in distribution. Most theoretical results on strong ergodicity assume some knowledge of the limit behavior of the stationary distributions. In this work, we collect some general results on weak and strong ergodicity for chains with space enumerable states, and also study the asymptotic behavior of the stationary distributions of a particular type of Markov Chains with finite state space, called Markov Chains with Rare Transitions / O objetivo central de estudo em Cadeias de Markov N?o-Homog?neas e o conceito de ergodicidade fraca e forte. Uma cadeia ? erg?dica fraca se a depend?ncia da distribui??o inicial desaparece com o tempo, e ? erg?dica forte se ? erg?dica fraca e converge em distribui??o. A maioria dos resultados te?ricos sobre a ergodicidade forte sup?e algum conhecimento do comportamento limite das distribui??es estacion?rias. Neste trabalho, reunimos alguns resultados gerais sobre ergodicidade fraca e forte para cadeias com espa?oo de estados enumer?vel, e tamb?m estudamos o comportamento assint?tico das distribui??es estacion?rias de um tipo particular de Cadeias de Markov com espa?o de estados nito, chamadas Cadeias de Markov com Transi??es Raras

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:14:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TiagoMV_DISSERT.pdf: 2054032 bytes, checksum: 01cc6c903e54670f8c4b846fab645cd0 (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / This dissertation briefly presents the random graphs and the main quantities calculated from them. At the same time, basic thermodynamics quantities such as energy and temperature are associated with some of their characteristics. Approaches commonly used in Statistical Mechanics are employed and rules that describe a time evolution for the graphs are proposed in order to study their ergodicity and a possible thermal equilibrium between them / Esta disserta??o apresenta brevemente os grafos aleat?rios e as principais quantidades calculadas a partir deles. Ao mesmo tempo, grandezas b?sicas da Termodin?mica como energia e temperatura s?o associadas a algumas de suas caracter?sticas. Abordagens comumente utilizadas na Mec?nica Estat?stica s?o empregadas e regras que descrevem uma evolu??o temporal para os grafos s?o propostas com o objetivo de estudar sua ergodicidade e um poss?vel equil?brio t?rmico entre eles

The use of Hilbert space theory became an important tool for ergodic theoreticians ever since John von Neumann proved the fundamental Mean Ergodic theorem in Hilbert space. Recurrence is one of the corner stones in the study of dynamical systems. In this dissertation some extended ideas besides those of the basic, well-known recurrence results are investigated. Hilbert space theory proves to be a very useful approach towards the solution of multiple recurrence problems in ergodic theory. Another very important use of Hilbert space theory became evident only relatively recently, when it was realized that non-commutative dynamical systems become accessible to the ergodic theorist through the important Gelfand-Naimark-Segal (GNS) representation of C*-algebras as Hilbert spaces. Through this construction we are enabled to invoke the rich catalogue of Hilbert space ergodic results to approach the more general, and usually more involved, non-commutative extensions of classical ergodic-theoretical results. In order to make this text self-contained, the basic, standard, ergodic-theoretical results are included in this text. In many instances Hilbert space counterparts of these basic results are also stated and proved. Chapters 1 and 2 are devoted to the introduction of these basic ergodic-theoretical results such as an introduction to the idea of measure-theoretic dynamical systems, citing some basic examples, Poincairé’s recurrence, the ergodic theorems of Von Neumann and Birkhoff, ergodicity, mixing and weakly mixing. In Chapter 2 several rudimentary results, which are the basic tools used in proofs, are also given. In Chapter 3 we show how a Hilbert space result, i.e. a variant of a result by Van der Corput for uniformly distributed sequences modulo 1, is used to simplify the proofs of some multiple recurrence problems. First we use it to simplify and clarify the proof of a multiple recurrence result by Furstenberg, and also to extend that result to a more general case, using the same Van der Corput lemma. This may be considered the main result of this thesis, since it supplies an original proof of this result. The Van der Corput lemma helps to simplify many of the tedious terms that are found in Furstenberg’s proof. In Chapter 4 we list and discuss a few important results where classical (commutative) ergodic results were extended to the non-commutative case. As stated before, these extensions are mainly due to the accessibility of Hilbert space theory through the GNS construction. The main result in this section is a result proved by Niculescu, Ströh and Zsidó, which is proved here using a similar Van der Corput lemma as in the commutative case. Although we prove a special case of the theorem by Niculescu, Ströh and Zsidó, the same method (Van der Corput) can be used to prove the generalized result. Copyright 2004, University of Pretoria. All rights reserved. The copyright in this work vests in the University of Pretoria. No part of this work may be reproduced or transmitted in any form or by any means, without the prior written permission of the University of Pretoria. Please cite as follows: Beters, FJC 2004, A Hilbert space approach to multiple recurrence in ergodic theory, MSc dissertation, University of Pretoria, Pretoria, viewed yymmdd < http://upetd.up.ac.za/thesis/available/etd-02222006-104936 / > / Dissertation (MSc (Applied Mathematics))--University of Pretoria, 2007. / Mathematics and Applied Mathematics / unrestricted

Le travail qui suit comporte quatre chapitres : le premier est centré autour de la propriété de mélange faible pour les échanges d'intervalles et flots de translation. On y présente des résultats obtenus avec Artur Avila qui renforcent des résultats précédents dus à Artur Avila et Giovanni Forni. Le deuxième chapitre est consacré à un travail en commun avec Zhiyuan Zhang et concerne les propriétés d'ergodicité et d'accessibilité stables pour des systèmes partiellement hyperboliques de dimension centrale au moins égale à deux. On montre que sous des hypothèses de cohérence dynamique, center bunching et pincement fort, la propriété d'accessibilité stable est dense en topologie C^r, r>1, et même prévalente au sens de Kolmogorov. Dans le troisième chapitre, on expose les résultats d'un travail réalisé en collaboration avec Julie Déserti, consacré à l'étude d'une famille à un paramètre d'automorphismes polynomiaux de C^3 ; on montre que de nouveaux phénomènes apparaissent par rapport à ce qui était connu dans le cas de la dimension deux. En particulier, on étudie les vitesses d'échappement à l'infini, en montrant qu'une transition s'opère pour une certaine valeur du paramètre. Le dernier chapitre est issu d'un travail en collaboration avec Jiangong You, Zhiyan Zhao et Qi Zhou ; on s'intéresse à des estimées asymptotiques sur la taille des trous spectraux des opérateurs de Schrödinger quasi-périodiques dans le cadre analytique. On obtient des bornes supérieures exponentielles dans le régime sous-critique, ce qui renforce un résultat précédent de Sana Ben Hadj Amor. Dans le cas particulier des opérateurs presque Mathieu, on montre également des bornes inférieures exponentielles, qui donnent des estimées quantitatives en lien avec le problème dit "des dix Martinis". Comme conséquences de nos résultats, on présente des applications à l'homogénéité du spectre de tels opérateurs ainsi qu'à la conjecture de Deift. / The following work contains four chapters: the first one is centered around the weak mixing property for interval exchange transformations and translation flows. It is based on the results obtained together with Artur Avila which strengthen previous results due to Artur Avila and Giovanni Forni. The second chapter is dedicated to a joint work with Zhiyuan Zhang, in which we study the properties of stable ergodicity and accessibility for partially hyperbolic systems with center dimension at least two. We show that for dynamically coherent partially hyperbolic diffeomorphisms and under certain assumptions of center bunching and strong pinching, the property of stable accessibility is dense in C^r topology, r>1, and even prevalent in the sense of Kolmogorov. In the third chapter, we explain the results obtained together with Julie Déserti on the properties of a one-parameter family of polynomial automorphisms of C^3; we show that new behaviours can be observed in comparison with the two-dimensional case. In particular, we study the escape speed of points to infinity and show that a transition exists for a certain value of the parameter. The last chapter is based on a joint work with Jiangong You, Zhiyan Zhao and Qi Zhou; we get asymptotic estimates on the size of spectral gaps for quasi-periodic Schrödinger operators in the analytic case. We obtain exponential upper bounds in the subcritical regime, which strengthens a previous result due to Sana Ben Hadj Amor. In the particular case of almost Mathieu operators, we also show exponential lower bounds, which provides quantitative estimates in connection with the so-called "Dry ten Martinis problem". As consequences of our results, we show applications to the homogeneity of the spectrum of such operators, and to Deift's conjecture.

L'estimation du maximum de vraisemblance est une méthode répandue pour l'identification d'un modèle paramétré de série temporelle à partir d'un échantillon d'observations. Dans le cadre de modèles bien spécifiés, il est primordial d'obtenir la consistance de l'estimateur, à savoir sa convergence vers le vrai paramètre lorsque la taille de l'échantillon d'observations tend vers l'infini. Pour beaucoup de modèles de séries temporelles, par exemple les modèles de Markov cachés ou « hidden Markov models »(HMM), la propriété de consistance « forte » peut cependant être dfficile à établir. On peut alors s'intéresser à la consistance de l'estimateur du maximum de vraisemblance (EMV) dans un sens faible, c'est-à-dire que lorsque la taille de l'échantillon tend vers l'infini, l'EMV converge vers un ensemble de paramètres qui s'associent tous à la même distribution de probabilité des observations que celle du vrai paramètre. La consistance dans ce sens, qui reste une propriété privilégiée dans beaucoup d'applications de séries temporelles, est dénommée consistance de classe d'équivalence. L'obtention de la consistance de classe d'équivalence exige en général deux étapes importantes : 1) montrer que l'EMV converge vers l'ensemble qui maximise la log-vraisemblance normalisée asymptotique ; et 2) montrer que chaque paramètre dans cet ensemble produit la même distribution du processus d'observation que celle du vrai paramètre. Cette thèse a pour objet principal d'établir la consistance de classe d'équivalence des modèles de Markov partiellement observés, ou « partially observed Markov models » (PMM), comme les HMM et les modèles « observation-driven » (ODM). / Maximum likelihood estimation is a widespread method for identifying a parametrized model of a time series from a sample of observations. Under the framework of well-specified models, it is of prime interest to obtain consistency of the estimator, that is, its convergence to the true parameter as the sample size of the observations goes to infinity. For many time series models, for instance hidden Markov models (HMMs), such a “strong” consistency property can however be difficult to establish. Alternatively, one can show that the maximum likelihood estimator (MLE) is consistent in a weakened sense, that is, as the sample size goes to infinity, the MLE eventually converges to a set of parameters, all of which associate to the same probability distribution of the observations as for the true one. The consistency in this sense, which remains a preferred property in many time series applications, is referred to as equivalence-class consistency. The task of deriving such a property generally involves two important steps: 1) show that the MLE converges to the maximizing set of the asymptotic normalized loglikelihood; and 2) show that any parameter in this maximizing set yields the same distribution of the observation process as for the true parameter. In this thesis, our primary attention is to establish the equivalence-class consistency for time series models that belong to the class of partially observed Markov models (PMMs) such as HMMs and observation-driven models (ODMs).