The aim of this thesis is to investigate the tensor decomposition of structured tensors related to SL(n)-irreducible representations. Structured tensors are multilinear objects satisfying specific symmetry relations and their decompositions are of great interest in the applications. In this thesis we look for the decompositions of tensors belonging to irreducible representations of SL(n) into sum of elementary objects associated to points of SL(n)-rational hoogeneous varieties. This family includes Veronese varieties (symmetric tensors), Grassmann varieties (skew-symmetric tensors), and flag varieties. A classic tool to study the decomposition of symmetric tensors is the apolarity theory, which dates back to Sylvester. An analogous skew-symmetric apolarity theory for skew-symmetric tensors have been developed only few years ago. In this thesis we describe a global apolarity theory called Schur apolarity theory, which is suitable for tensors belonging to any irreducible representation of SL(n). Examples, properties and applications of such apolarity are studied with details and original results both in algebra and geoemtry are provided.

This Thesis contains contributions in two different but closely related subfields of Scientific and Parallel Computing which arise in the context of various eigenvalue problems: periodic and parallel eigenvalue reordering and parallel algorithms for Sylvestertype matrix equations with applications in condition estimation. Many real world phenomena behave periodically, e.g., helicopter rotors, revolving satellites and dynamic systems corresponding to natural processes, like the water flow in a system of connected lakes, and can be described in terms of periodic eigenvalue problems. Typically, eigenvalues and invariant subspaces (or, specifically, eigenvectors) to certain periodic matrix products are of interest and have direct physical interpretations. The eigenvalues of a matrix product can be computed without forming the product explicitly via variants of the periodic Schur decomposition. In the first part of the Thesis, we propose direct methods for eigenvalue reordering in the periodic standard and generalized real Schur forms which extend earlier work on the standard and generalized eigenvalue problems. The core step of the methods consists of solving periodic Sylvester-type equations to high accuracy. Periodic eigenvalue reordering is vital in the computation of periodic eigenspaces corresponding to specified spectra. The proposed direct reordering methods rely on orthogonal transformations and can be generalized to more general periodic matrix products where the factors have varying dimensions and ±1 exponents of arbitrary order. In the second part, we consider Sylvester-type matrix equations, like the continuoustime Sylvester equation AX −XB =C, where A of size m×m, B of size n×n, and C of size m×n are general matrices with real entries, which have applications in many areas. Examples include eigenvalue problems and condition estimation, and several problems in control system design and analysis. The parallel algorithms presented are based on the well-known Bartels–Stewart’s method and extend earlier work on triangular Sylvester-type matrix equations resulting in a novel software library SCASY. The parallel library provides robust and scalable software for solving 44 sign and transpose variants of eight common Sylvester-type matrix equations. SCASY also includes a parallel condition estimator associated with each matrix equation. In the last part of the Thesis, we propose parallel variants of the direct eigenvalue reordering method for the standard and generalized real Schur forms. Together with the existing and future parallel implementations of the non-symmetric QR/QZ algorithms and the parallel Sylvester solvers presented in the Thesis, the developed software can be used for parallel computation of invariant and deflating subspaces corresponding to specified spectra and associated reciprocal condition number estimates.

La thèse est consacrée à une étude d'interpolation complexe "semi-libre" dans le sens suivant: étant donné un ensemble "sigma" dans le disque unité D et une fonction f holomorphe dans D appartenant à une certaine classe X, on cherche g dans une autre classe Y (plus petite que X) qui minimise la norme de g dans Y parmi toutes les fonctions g satisfaisant g=f sur l'ensemble "sigma". Plus précisément, nous nous intéressons aux estimations de la constante d'interpolation suivante: c(sigma, X, Y ) = sup{ inf{||g||_Y: g=f sur sigma}: ||f||_X<=1} Dans la thèse, nous étudions le cas où Y = H^infini et où l'espace des contraintes X est choisi parmi les espaces suivants: les espaces de Hardy, les espaces de Bergman pondérés à poids radial ou encore les espaces de fonctions holomorphes ayant leurs coefficients de Taylor dans lp(w) (w étant un poids). La thèse contient également certaines applications aux nombres conditionnés des matrices de Toeplitz. / The thesis is devoted to a "semi-free" interpolation problem in the following way. Let sigma be a finite set of the unit disc D and f an holomorphic function in D which belongs to a certain class X, we search for g in another class Y (smaller than X) which minimize the norm of g in Y among all the functions g such that g=f on the set "sigma". More precisely, we are interested in the following interpolation constant : c(sigma, X, Y ) = sup{ inf{||g||_Y: g=f sur sigma}: ||f||_X<=1}. We study in the thesis the case where Y=H^\infinity and the space of constrains X is chosen among the following spaces: Hardy spaces, weighted Bergman spaces (with radial waights), and holomorphic functions which Taylor coefficients are in lp(w) (w being a weight). The thesis also contains an application to the condition numbers of Toeplitz matrices.

Este trabalho apresenta a aplicação de técnicas de Decomposição de Domínio e Processamento Paralelo na solução de grandes sistemas de equações algébricas lineares provenientes da modelagem de fenômenos eletromagnéticos pelo Método de Elementos Finitos. Foram implementadas as técnicas dos tipos Complemento de Schur e o Método Aditivo de Schwarz, adaptadas para a resolução desses sistemas em cluster de computadores do tipo Beowulf e com troca de mensagens através da Biblioteca MPI. A divisão e balanceamento de carga entre os processadores são feitos pelo pacote METIS. Essa metodologia foi testada acoplada a métodos, seja iterativo (ICCG), seja direto (LU) na etapa de resolução dos sistemas referentes aos nós internos de cada partição. Para a resolução do sistema envolvendo os nós de fronteira, no caso do Complemento de Schur, utilizou-se uma implementação paralisada do Método de Gradientes Conjugados (PCG). S~ao discutidos aspectos relacionados ao desempenho dessas técnicas quando aplicadas em sistemas de grande porte. As técnicas foram testadas na solução de problemas de aplicação do Método de Elementos Finitos na Engenharia Elétrica (Magnetostática, Eletrocinética e Magnetodinâmica), sejam eles de natureza bidimensional com malhas não estruturadas, seja tridimensional, com malhas estruturadas. / This work presents the study of Domain Decomposition and Parallel Processing Techniques applied to the solution of systems of algebraic equations issued from the Finite Element Analysis of Electromagnetic Phenomena. Both Schur Complement and Schwarz Additive techniques were implemented. They were adapted to solve the linear systems in Beowulf clusters with the use of MPI library for message exchange. The load balance among processors is made with the aid of METIS package. The methodology was tested in association to either iterative (ICCG) or direct (LU) methods in order to solve the system related to the inner nodes of each partition. In the case of Schur Complement, the solution of the system related to the boundary nodes was performed with a parallelized Conjugated Gradient Method (PCG). Some aspects of the peformance of these techniques when applied to large scale problems have also been discussed. The techniques has been tested in the simulation of a collection of problems of Electrical Engineering, modelled by the Finite Element Method, both in two dimensions with unstructured meshes (Magnetostatics) and three dimensions with structured meshes (Electrokinetics).

Este trabalho apresenta a aplicação de técnicas de Decomposição de Domínio e Processamento Paralelo na solução de grandes sistemas de equações algébricas lineares provenientes da modelagem de fenômenos eletromagnéticos pelo Método de Elementos Finitos. Foram implementadas as técnicas dos tipos Complemento de Schur e o Método Aditivo de Schwarz, adaptadas para a resolução desses sistemas em cluster de computadores do tipo Beowulf e com troca de mensagens através da Biblioteca MPI. A divisão e balanceamento de carga entre os processadores são feitos pelo pacote METIS. Essa metodologia foi testada acoplada a métodos, seja iterativo (ICCG), seja direto (LU) na etapa de resolução dos sistemas referentes aos nós internos de cada partição. Para a resolução do sistema envolvendo os nós de fronteira, no caso do Complemento de Schur, utilizou-se uma implementação paralisada do Método de Gradientes Conjugados (PCG). S~ao discutidos aspectos relacionados ao desempenho dessas técnicas quando aplicadas em sistemas de grande porte. As técnicas foram testadas na solução de problemas de aplicação do Método de Elementos Finitos na Engenharia Elétrica (Magnetostática, Eletrocinética e Magnetodinâmica), sejam eles de natureza bidimensional com malhas não estruturadas, seja tridimensional, com malhas estruturadas. / This work presents the study of Domain Decomposition and Parallel Processing Techniques applied to the solution of systems of algebraic equations issued from the Finite Element Analysis of Electromagnetic Phenomena. Both Schur Complement and Schwarz Additive techniques were implemented. They were adapted to solve the linear systems in Beowulf clusters with the use of MPI library for message exchange. The load balance among processors is made with the aid of METIS package. The methodology was tested in association to either iterative (ICCG) or direct (LU) methods in order to solve the system related to the inner nodes of each partition. In the case of Schur Complement, the solution of the system related to the boundary nodes was performed with a parallelized Conjugated Gradient Method (PCG). Some aspects of the peformance of these techniques when applied to large scale problems have also been discussed. The techniques has been tested in the simulation of a collection of problems of Electrical Engineering, modelled by the Finite Element Method, both in two dimensions with unstructured meshes (Magnetostatics) and three dimensions with structured meshes (Electrokinetics).

Cette thèse présente une méthode de résolution parallèle de systèmes linéaires creux qui combine efficacement les techniques de résolutions directes et itératives en utilisant une approche de type complément de Schur. Nous construisons une décomposition de domaine. L'intérieur des sous-domaines est éliminé de manière directe pour se ramener à un problème sur l'interface. Ce problème est résolu grâce à une méthode itérative préconditionnée par une factorisation incomplète. Un réordonnancement de l'interface permet la construction d'un préconditionneur global du complément de Schur. Des algorithmes minimisant le pic mémoire de la construction du préconditionneur sont proposés. Nous exploitons un schéma d'équilibrage de charge utilisant une répartition de multiples sous-domaines sur les processeurs. Les méthodes sont implémentées dans le solveur HIPS et des résultats expérimentaux parallèles sont présentés sur de grands cas tests industriels.

Nous étudions plusieurs propriétés fonctionnelles d'inconditionnalité en les exprimant à l'aide de multiplicateurs. La première partie est consacrée à l'étude de phénomènes d'inconditionnalité isométrique et presqu'isométrique dans les espaces de Banach séparables. Parmi ceux-ci, la notion la plus générale est celle de ``propriété d'approximation inconditionnelle métrique''. Nous la caractérisons parmi les espaces de Banach de cotype fini par une propriété simple d'``inconditionnalité par blocs''. En nous ramenant à des multiplicateurs de Fourier, nous étudions cette propriété dans les sous-espaces des espaces de Banach de fonctions sur le cercle qui sont engendrés par une suite de caractères $e^(int)$. Nous étudions aussi les suites basiques inconditionnelles isométriques et presqu'isométriques de caractères, en particulier les ensembles de Sidon de constante asymptotiquement 1. Nous obtenons dans chaque cas des propriétés combinatoires sur la suite. La propriété suivante des normes $L^p$ est cruciale pour notre étude: si $p$ est un entier pair, $\int |f|^p = \int (|f^(p/2)|)^2 = \sum |\widehat(f^(p/2))(n)|^2$ est une expression polynomiale en les coefficients de Fourier de $f$ et $\bar f$. Nous proposons d'ailleurs une estimation précise de la constante de Sidon des ensembles à la Hadamard. La deuxième partie étudie les multiplicateurs de Schur: nous caractérisons les suites basiques inconditionnelles isométriques d'entrées de matrice $e_(ij)$ dans la classe de Schatten $S^p$. Les propriétés combinatoires que nous obtenons portent sur les chemins dans le réseau $\N \times \N$ à sommets dans cet ensemble. La troisième partie étudie le rapport entre la croissance d'une suite d'entiers et les propriétés harmoniques et fonctionnelles de la suite de caractères associée. Nous montrons en particulier que toute suite polynomiale, ainsi que la suite des nombres premiers, contient un ensemble $\Lambda(p)$ pour tout $p$ qui n'est pas de Rosenthal.

L'étude des matrices intérieures est motivée par la théorie des systèmes: - elles jouent un rôle charnière pour l'approximation rationnelle en norme L2 des systèmes stables - les fonctions de transfert de systèmes conservatifs, et en particulier les matrices de répartition des filtres fréquentiels sont des matrices intérieures. Les paramétrages qui sont présentés dans ce mémoire reposent sur l'analyse de Schur et la théorie de l'interpolation. Les principaux résultats obtenus sont: - une implémetation efficace d'un algorithme d'approximation rationnelle - une étude exhaustive des liens entre l'algorithme de Schur matriciel et la construction récursive de réalisations équilibrées structurées - des résultats prometteurs concernant la structure des matrices de répartitions de filtres en vue de leur synthèse.

Dans cette thèse, nous visons l'amélioration de quelques algorithmes en algèbre matricielle rapide et plus spécifiquement les algorithmes rapides sur les matrices structurées en calcul formel et numérique. Nous nous intéressons en particulier aux matrices de Hankel et de Toeplitz. Nous introduisons un nouvel algorithme de diagonalisation par blocs approchée de matrices réelles de Hankel. Nous décrivons la relation naturelle entre l'algorithme d'Euclide et notre factorisation par blocs approchée pour les matrices de Hankel associées à deux polynômes, ainsi que pour les matrices de Bézout associées aux mêmes polynômes. Enfin, dans le cas complexe, nous présentons un algorithme révisé de notre diagonalisation par blocs approchée des matrices de Hankel, en calculant la suite des restes et la suite des quotients apparues au cours de l'exécution de l'algorithme d'Euclide.

Les calculs de réactivité constituent une brique fondamentale dans la simulation des coeurs des réacteurs nucléaires. Ceux-ci conduisent à la résolution de problèmes aux valeurs propres généralisées via l'algorithme de la puissance inverse. A chaque itération, on est amené à résoudre un système linéaire de manière approchée via un algorithme d'itérations imbriquées. Il est difficile de traiter les modélisations très fines avec le solveur développé à EDF, au sein de la plate-forme Cocagne, en raison de la consommation mémoire et du temps de calcul. Au cours de cette thèse, on étudie une méthode de décomposition de domaine de type Schur dual. Plusieurs placements de l'algorithme de décomposition de domaine au sein du système d'itérations imbriquées sont envisageables. Deux d'entre eux ont été implémentés et les résultats analysés. Le deuxième placement, utilisant les spécificités des éléments finis de Raviart-Thomas et de l'algorithme des directions alternées, conduit à des résultats très encourageants. Ces résultats permettent d'envisager l'industrialisation de la méthodologie associée.