Soit q ⩾ 2 une puissance première fixe. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le comportement asymptotique de la fonction arithmétique Π_q(n,k) comptant le nombre de polynômes moniques de degré n et ayant exactement k facteurs irréductibles (avec multiplicité) sur le corps fini F_q. Warlimont et Car ont montré que l’objet Π_q(n,k) est approximativement distribué de Poisson lorsque 1 ⩽ k ⩽ A log n pour une constante A > 0. Plus tard, Hwang a étudié la fonction Π_q(n,k) pour la gamme complète 1 ⩽ k ⩽ n. Nous allons d’abord démontrer une formule asymptotique pour Π_q(n,k) en utilisant une technique analytique classique développée par Sathe et Selberg. Nous reproduirons ensuite une version simplifiée du résultat de Hwang en utilisant la formule de Sathe-Selberg dans le champ des fonctions. Nous comparons également nos résultats avec ceux analogues existants dans le cas des entiers, où l’on étudie tous les nombres naturels jusqu’à x avec exactement k facteurs premiers. En particulier, nous montrons que le nombre de polynômes moniques croît à un taux étonnamment plus élevé lorsque k est un peu plus grand que logn que ce que l’on pourrait supposer en examinant le cas des entiers. Pour présenter le travail ci-dessus, nous commençons d’abord par la théorie analytique des nombres de base dans le contexte des polynômes. Nous introduisons ensuite les fonctions arithmétiques clés qui jouent un rôle majeur dans notre thèse et discutons brièvement des résultats bien connus concernant leur distribution d’un point de vue probabiliste. Enfin, pour comprendre les résultats clés, nous donnons une discussion assez détaillée sur l’analogue de champ de fonction de la formule de Sathe-Selberg, un outil récemment développé par Porrit et utilisons ensuite cet outil pour prouver les résultats revendiqués. / Let q ⩾ 2 be a fixed prime power. The main objective of this thesis is to study the asymptotic behaviour of the arithmetic function Π_q(n,k) counting the number of monic polynomials that are of degree n and have exactly k irreducible factors (with multiplicity) over the finite field F_q. Warlimont and Car showed that the object Π_q(n,k) is approximately Poisson distributed when 1 ⩽ k ⩽ A log n for some constant A > 0. Later Hwang studied the function Π_q(n,k) for the full range 1 ⩽ k ⩽ n. We will first prove an asymptotic formula for Π_q(n,k) using a classical analytic technique developed by Sathe and Selberg. We will then reproduce a simplified version of Hwang’s result using the Sathe-Selberg formula in the function field. We also compare our results with the analogous existing ones in the integer case, where one studies all the natural numbers up to x with exactly k prime factors. In particular, we show that the number of monic polynomials grows at a surprisingly higher rate when k is a little larger than logn than what one would speculate from looking at the integer case. To present the above work, we first start with basic analytic number theory in the context of polynomials. We then introduce the key arithmetic functions that play a major role in our thesis and briefly discuss well-known results concerning their distribution from a probabilistic point of view. Finally, to understand the key results, we give a fairly detailed discussion on the function field analogue of the Sathe-Selberg formula, a tool recently developed by Porrit and subsequently use this tool to prove the claimed results.

Ce mémoire porte sur l’étude du laplacien sur des surfaces de Riemann. En particulier, nous nous intéressons à ses valeurs propres qui représentent les notes que jouerait la surface si elle était un tambour. Les valeurs les plus étudiées sont la première valeur propre non nulle λ1 ainsi que sa multiplicité m1 (la dimension de l’espace propre). Notamment, Colin de Verdière conjecturait que m1 est toujours borné supérieurement par le nombre chromatique moins 1. Des travaux de Fortier Bourque et Petri ont montré que parmi toutes les surfaces hyperboliques de genre 3, c’est la quartique de Klein qui maximise la multiplicité et atteint la borne supérieure conjecturée par Colin de Verdière. Cette surface est la première d’une suite de surfaces hautement symétriques, les surfaces de Hurwitz. Nous montrons à l’aide de la formule des traces de Selberg que pour la prochaine surface dans la suite, la surface de Fricke–Macbeath F, nous avons m1(F) = 7. Une recherche indépendante menée par Chul-hee Lee arrive au même résultat à propos de la multiplicité. Le chapitre 1 introduit des notions géométriques comme la géométrie hyperbolique, les surfaces hyperboliques et triangulaires ainsi que le théorème de Hurwitz. Le chapitre 2 présente des concepts de base de théorie spectrale ainsi que des outils comme la formule des traces de Selberg et la théorie de la représentation. Le chapitre 3 est dédié à l’étude de la surface de Fricke–Macbeath et à la preuve de notre résultat principal à l’aide des outils des chapitres précédents. Dans le chapitre 4, nous discutons de nouvelles techniques de calcul de m1 qui ont été utilisées pour montrer l’existence de contre-exemples à la conjecture de Colin de Verdière dans des travaux conjoints avec Fortier Bourque, Gruda-Mediavilla et Petri. / This master’s thesis studies the Laplace operator on Riemann surfaces. We are especially interested in its eigenvalues, which correspond to the notes that the surface would play if it were a drum. In particular, the first non-zero eigenvalue λ1 and its multiplicity m1 (the dimension of the corresponding eigenspace) have been well studied. For instance, Colin de Verdière conjectured that m1 is bounded above by the chromatic number minus 1 based on a few examples. Later work by Fortier Bourque and Petri showed that among hyperbolic surfaces of genus 3, the Klein quartic maximizes the multiplicity, and attains the upper bound conjectured by Colin de Verdière. This surface is the first of a sequence of highly symmetrical surfaces named Hurwitz surfaces. We will show using the Selberg trace formula that for the next surface in the sequence, the Fricke–Macbeath surface F, we have m1(F) = 7. This result was also obtained independently by Chul-hee Lee. Chapter 1 introduces some geometric notions including hyperbolic geometry, hyperbolic surfaces, and triangular surfaces, followed by Hurwitz’s automorphism theorem. Chapter 2 covers some basic concepts in spectral theory as well as some useful tools like the Selberg trace formula and a bit of representation theory. Chapter 3 focuses on the study of the Fricke–Macbeath surface and the proof of our main result using the techniques introduced in previous chapters. Finally, Chapter 4 discusses new methods for computing m1 which were used to show the existence of counterexamples to Colin de Verdière’s conjecture in joint work with Fortier Bourque, Gruda-Mediavilla, and Petri.

<p>This thesis consists of two papers on the spectral geometry of locally symmetric spaces of Riemannian and Lorentzian signature. Both works are concerned with the idea of relating analysis on such spaces to structures on their boundaries.</p><p>The first paper is motivated by a conjecture of Patterson on the Selberg zeta function of Kleinian groups. We consider geometrically finite hyperbolic cylinders with non-compact Riemann surfaces of finite area as cross sections. For these cylinders, we present a detailed investigation of the Bunke-Olbrich extension operator under the assumption that the cross section of the cylinder has one cusp. We establish the meromorphic continuation of the extension of Eisenstein series and incomplete theta series through the limit set. Furthermore, we derive explicit formulas for the residues of the extension operator in terms of boundary values of automorphic eigenfunctions.</p><p>The motivation for the second paper comes from conformal geometry in Lorentzian signature. We prove the existence and uniqueness of a sequence of differential intertwining operators for spherical principal series representations, which are realized on boundaries of anti de Sitter spaces. Algebraically, these operators correspond to homomorphisms of generalized Verma modules. We relate these families to the asymptotics of eigenfunctions on anti de Sitter spaces.</p>

Cette thèse établit des formules asymptotiques robustes pour le second moment harmonique ramolli des fonctions $L$ de Rankin-Selberg. La principale contribution est une amélioration substancielle de la longueur admissible du ramollisseur qui est réalisée grâce à la résolution d'un problème de convolution avec décalage additif par une méthode spectrale considérée en moyenne. Une première conséquence est une nouvelle borne de sous-convexité pour les fonctions L de Rankin-Selberg par rapport au niveau qui possède de nombreuses applications arithmétiques déjà connues. En outre, une infinité de fonctions L de Rankin-Selberg ayant au plus huit zéros réels non-triviaux est exhibée et de nouvelles estimations non-triviales du rang analytique de la famille étudiée sont obtenues.

This thesis consists of two papers on the spectral geometry of locally symmetric spaces of Riemannian and Lorentzian signature. Both works are concerned with the idea of relating analysis on such spaces to structures on their boundaries. The first paper is motivated by a conjecture of Patterson on the Selberg zeta function of Kleinian groups. We consider geometrically finite hyperbolic cylinders with non-compact Riemann surfaces of finite area as cross sections. For these cylinders, we present a detailed investigation of the Bunke-Olbrich extension operator under the assumption that the cross section of the cylinder has one cusp. We establish the meromorphic continuation of the extension of Eisenstein series and incomplete theta series through the limit set. Furthermore, we derive explicit formulas for the residues of the extension operator in terms of boundary values of automorphic eigenfunctions. The motivation for the second paper comes from conformal geometry in Lorentzian signature. We prove the existence and uniqueness of a sequence of differential intertwining operators for spherical principal series representations, which are realized on boundaries of anti de Sitter spaces. Algebraically, these operators correspond to homomorphisms of generalized Verma modules. We relate these families to the asymptotics of eigenfunctions on anti de Sitter spaces.