Browsing by study line "Matematik"
Now showing items 1-20 of 57
-
(2021)Tutkielmassa käsitellään avaruuden $\cc^n$ aitoja holomorfisia kuvauksia. Niiden määritelmät perustuvat aidon kuvauksen lauseeseen ja kuvausten holomorfisuuteen. Olkoon $\Omega,D\subset\cc^n$, ja olkoon $n>1$. Kuvaus $F:\Omega\to D$ on aito kuvaus, jos $F^{-1}(K)$ on kompakti $\Omega$:n osajoukko jokaiselle kompaktille joukolle $K\subset D$. Holomorfisuus tarkoittaa kuvauksen kompleksista analyyttisyyttä, kompleksista differentioituvuutta sekä sitä, että kuvaus toteuttaa Cauchy-Riemannin yhtälöt. Funktio $f$ on holomorfinen avaruuden $\cc^n$ avoimessa joukossa $\Omega$, jos sille pätee $f:\Omega\to\cc$, $f\in C^1(\Omega)$, ja jos se toteuttaa Cauchy-Riemannin yhtälöt $\overline{\partial}_jf=\frac{\partial f}{\partial\overline{z_j}}=0$ jokaiselle $j=1,\ldots,n$. Kuvaus $F=(f_1,\ldots,f_m):\Omega\to\cc^m$ on holomorfinen joukossa $\Omega$, jos funktiot $f_k$ ovat holomorfisia jokaisella $k=1,\ldots,m$. Jos $\Omega$ ja $D$ ovat kompleksisia joukkoja, ja jos $F:\Omega\to D$ on aito holomorfinen kuvaus, tällöin $F^{-1}(y_0)$ on joukon $\Omega$ kompakti analyyttinen alivaristo jokaiselle pisteelle $y_0\in D$. Aito kuvaus voidaan määritellä myös seuraavasti: Kuvaus $F:\Omega\to D$ on aito jos ja vain jos $F$ kuvaa reunan $\partial\Omega$ reunalle $\partial D$ seuraavalla tavalla: \[\text{jos}\,\{z_j\}\subset\Omega\quad\text{on jono, jolle}\,\lim_{j\to\infty}d(z_j,\partial\Omega)=0,\,\text{niin}\,\lim_{j\to\infty}d(F(z_j),\partial D)=0.\] Tämän määritelmän perusteella kuvausten $F:\Omega\to D$ tutkiminen johtaa geometriseen funktioteoriaan kuvauksista, jotka kuvaavat joukon $\partial\Omega$ joukolle $\partial D.$ Käy ilmi, että aidot holomorfiset kuvaukset laajenevat jatkuvasti määrittelyalueittensa reunoille. Holomorfisten kuvausten tutkiminen liittyy osaltaan Dirichlet-ongelmien ratkaisemiseen. Klassisessa Dirichlet-ongelmassa etsitään joukon $\partial\Omega\subset\mathbf{R}^m$ jatkuvalle funktiolle $f$ reaaliarvoista funktiota, joka on joukossa $\Omega$ harmoninen ja joukon $\Omega$ sulkeumassa $\overline{\Omega}$ jatkuva ja jonka rajoittuma joukon reunalle $\partial\Omega$ on kyseinen funktio $f$. Tutkielmassa käydään läpi määritelmiä ja käsitteitä, joista aidot holomorfiset kuvaukset muodostuvat, sekä avataan matemaattista struktuuria, joka on näiden käsitteiden taustalla. Tutkielmassa todistetaan aidolle holommorfiselle kuvaukselle $F:\Omega\to\Omega'$ ominaisuudet: $F$ on suljettu kuvaus, $F$ on avoin kuvaus, $F^{-1}(w)$ on äärellinen jokaiselle $w\in\Omega'$, on olemassa kokonaisluku $m$, jolle joukon $F^{-1}(w)$ pisetiden lukumäärä on $m$ jokaiselle $F$:n normaalille arvolle, joukon $F^{-1}(w)$ pisteiden lukumäärä on penempi kuin $m$ jokaiselle $F$:n kriittiselle arvolle, $F$:n kriittinen joukko on $\Omega'$:n nollavaristo, $F(V)$ on $\Omega'$:n alivaristo aina, kun $V$ on $\Omega$:n alivaristo, $F$ laajenee jatkuvaksi kuvaukseksi aidosti pseudokonveksien määrittelyjoukkojensa reunoille, $F$ kuvaa aidosti pseudokonveksin lähtöjoukkonsa jonon, joka suppenee epätangentiaalisesti kohti joukon reunaa, jonoksi joka suppenee hyväksyttävästi kohti kuvauksen maalijoukon reunaa, kuvaus $F$ avaruuden $\cc^n$ yksikköpallolta itselleen on automorfismi.
-
(2024)This paper contains Hilbert's Nullstellensatz, one of the fundamental theorems of algebraic geometry. The main approach uses the algebraic proof and all of the necessary background to understand and appreciate the Nullstellensatz. The paper also contains the Combinatorial Nullstellensatz, the proof and some applications. This thesis is aimed at any science student who wants to understand Hilbert's Nullstellensatz or gain intuitive insight. The paper starts with an explanation of the approach: the theorem is first presented in its algebraic form and the proof follows from the given background. After that, there are some more geometric definitions relating to common zero sets or varieties, and then Hilbert's Nullstellensatz is given in a slightly different manner. At the end of the paper some combinatorial definitions and theorems are introduced so that the Combinatorial Nullstellensatz can be proven. From this follows the Cauchy-Davenport theorem. At the very end of the introduction is presented a case of the theorem for the readers who do not yet know what Hilbert's Nullstellensatz is about. The second section of the paper contains all of the algebraic background material. It starts from the most basic definitions of groups and homomorphisms and then continues onto rings, ideals, radicals and quotient rings and relations between them. Some additional theorems are marked with a star to denote that the statement is not necessary for the algebraic proof of Hilbert's Nullstellensatz, but it might be necessary for the geometrical or combinatorial proofs. Since these statements are fully algebraic and mostly contain definitions that have been introduced early in the paper, they are placed in the algebraic section near similar theorems and definitions. The second section also contains fields, algebras, polynomials and transcendental elements. In Sections 3 and 4 we follow the algebraic proof of Daniel Allcock and expand on some steps. Section 3 contains Zariski's Lemma and a form of the Weak Nullstellensatz, along with their proofs. These statements allow us to skip Noetherian and Jacobson rings by finding the necessary conclusions from polynomial rings over fields. This section also includes an existence conclusion that also can be found in other literature under the name of Weak Nullstellensatz. Afterwards, Section 4 follows Allcock's proof of Hilbert's Nullstellensatz, working from the Weak Nullstellensatz and applying the Rabinowitsch trick. Section 5 explains how the Nullstellensatz brings together algebra and geometry. It is split up into three parts: first some preliminary definitions and theorems are defined. One of the fundamental definitions is a variety, which is simply the common zero set of some polynomials. After the new definitions we again meet Hilbert's Nullstellensatz and show that it is equivalent to the previous form. Using the newfound equivalence we show that varieties constitute a topology and consider the dimension of such spaces. Lastly, we show the equivalence of algebra homomorphisms and the corresponding variety morphisms. Section 6 slightly diverges and considers the Combinatorial Nullstellensatz introduced by Noga Alon. This theorem resembles Hilbert's Nullstellensatz, yet is different when looked at carefully. We consider the original proof by Alon, and additionally show how the Combinatorial Nullstellensatz follows from Hilbert's Nullstellensatz, using the paper by Goel, Patil and Verma. We conclude the paper by proving the Cauchy-Davenport theorem, using the Combinatorial Nullstellensatz. This paper does not delve deep in any particular topic. Quite the contrary, it connects many different theorems and shows equivalences between them while referencing additional reading material.
-
(2019)Tutkielman tarkoituksena on johdattaa lukija Ext-funktorin ja ryhmien kohomologian määritelmien ja teorian äärelle ja siten tutustuttaa lukija homologisen algebran keskeisiin käsitteisiin. Ensimmäisessä luvussa esitellään tutkielman olettamia taustatietoja, algebran ja algebrallisen topologian peruskurssien sisältöjen lisäksi. Toisessa luvussa esitellään ryhmien laajennosongelma ja ratkaistaan se tapauksessa, jossa annettu aliryhmä on vaihdannainen. Ryhmälaajennosten näytetään olevan yksi yhteen -vastaavuudessa tietyn ryhmän alkioiden kanssa, ja lisäksi tutkitaan erityisesti niitä ryhmälaajennoksia, jotka ovat annettujen ryhmien puolisuoria tuloja. Vastaan tulevien kaavojen todetaan vastaavan eräitä singulaarisen koketjukompleksin määritelmässä esiintyviä kaavoja. Kolmannessa luvussa määritellään viivaresoluutio sekä normalisoitu viivaresoluutio, sekä niiden pohjalta ryhmien kohomologia. Aluksi määritellään teknisenä sivuseikkana G-modulin käsite, jonka avulla ryhmien toimintoja voi käsitellä kuten moduleita. Luvun keskeisin tulos on se, että viivaresoluutio ja normalisoitu viivaresoluutio ovat homotopiaekvivalentit -- tuloksen yleistys takaa muun muassa, että Ext-funktori on hyvin määritelty. Luvun lopuksi lasketaan syklisen ryhmän kohomologiaryhmät. Neljännessä luvussa määritellään resoluutiot yleisyydessään, sekä projektiiviset että injektiiviset modulit ja resoluutiot. Viivaresoluutiot todetaan projektiivisiksi, ja niiden homotopiatyyppien samuuden todistuksen todetaan yleistyvän projektiivisille ja injektiivisille resoluutioille. Samalla ryhmien kohomologian määritelmä laajenee, kun viivaresoluution voi korvata millä tahansa projektiivisella resoluutiolla. Luvussa määritellään myös funktorien eksaktisuus, ja erityisesti tutkitaan Hom-funktorin eksaktiuden yhteyttä projektiivisiin ja injektiivisiin moduleihin. Viidennessä luvussa määritellään oikealta johdetun funktorin käsite, ja sen erikoistapauksena Ext-funktori, joka on Hom-funktorin oikealta johdettu funktori. Koska Hom-funktori on bifunktori, on sillä kaksi oikealta johdettua funktoria, ja luvun tärkein tulos osoittaa, että ne ovat isomorfiset. Ryhmien kohomologian määritelmä laajenee entisestään, kun sille annetaan määritelmä Ext-funktorin avulla, mikä mahdollistaa ryhmien kohomologian laskemisen myös injektiivisten resoluutioiden kautta. Viimeiseen lukuun on koottu aiheeseen liittyviä asioita, joita tekstissä hipaistaan, mutta joiden käsittely jäi rajaussyistä tutkielman ulkopuolelle.
-
(2021)Electrical impedance tomography is a differential tomography method where current is injected into a domain and its interior distribution of electrical properties are inferred from measurements of electric potential around the boundary of the domain. Within the context of this imaging method the forward problem describes a situation where we are trying to deduce voltage measurements on a boundary of a domain given the conductivity distribution of the interior and current injected into the domain through the boundary. Traditionally the problem has been solved either analytically or by using numerical methods like the finite element method. Analytical solutions have the benefit that they are efficient, but at the same time have limited practical use as solutions exist only for a small number of idealized geometries. In contrast, while numerical methods provide a way to represent arbitrary geometries, they are computationally more demanding. Many proposed applications for electrical impedance tomography rely on the method's ability to construct images quickly which in turn requires efficient reconstruction algorithms. While existing methods can achieve near real time speeds, exploring and expanding ways of solving the problem even more efficiently, possibly overcoming weaknesses of previous methods, can allow for more practical uses for the method. Graph neural networks provide a computationally efficient way of approximating partial differential equations that is accurate, mesh invariant and can be applied to arbitrary geometries. Due to these properties neural network solutions show promise as alternative methods of solving problems related to electrical impedance tomography. In this thesis we discuss the mathematical foundation of graph neural network approximations of solutions to the electrical impedance tomography forward problem and demonstrate through experiments that these networks are indeed capable of such approximations. We also highlight some beneficial properties of graph neural network solutions as our network is able to converge to an arguably general solution with only a relatively small training data set. Using only 200 samples with constant conductivity distributions, the network is able to approximate voltage distributions of meshes with spherical inclusions.
-
(2022)Modal inclusion logic is modal logic extended with inclusion atoms. It is the modal variant of first-order inclusion logic, which was introduced by Galliani (2012). Inclusion logic is a main variant of dependence logic (Väänänen 2007). Dependence logic and its variants adopt team semantics, introduced by Hodges (1997). Under team semantics, a modal (inclusion) logic formula is evaluated in a set of states, called a team. The inclusion atom is a type of dependency atom, which describes that the possible values a sequence of formulas can obtain are values of another sequence of formulas. In this thesis, we introduce a sound and complete natural deduction system for modal inclusion logic, which is currently missing in the literature. The thesis consists of an introductory part, in which we recall the definitions and basic properties of modal logic and modal inclusion logic, followed by two main parts. The first part concerns the expressive power of modal inclusion logic. We review the result of Hella and Stumpf (2015) that modal inclusion logic is expressively complete: A class of Kripke models with teams is closed under unions, closed under k-bisimulation for some natural number k, and has the empty team property if and only if the class can be defined with a modal inclusion logic formula. Through the expressive completeness proof, we obtain characteristic formulas for classes with these three properties. This also provides a normal form for formulas in MIL. The proof of this result is due to Hella and Stumpf, and we suggest a simplification to the normal form by making it similar to the normal form introduced by Kontinen et al. (2014). In the second part, we introduce a sound and complete natural deduction proof system for modal inclusion logic. Our proof system builds on the proof systems defined for modal dependence logic and propositional inclusion logic by Yang (2017, 2022). We show the completeness theorem using the normal form of modal inclusion logic.
-
(2024)Characteristicclassesofferanindispensablefamilyoftopological invariantsinthetheoryofvector bundles, appearing inthe intersectionofdifferential geometry, algebraic topology, andalgebraic geometry. Asthemainfocusof thisworkaretwofundamental setsof characteristicclasses: the ChernclassesandtheCherncharacterclasses. Thetwosetsascharacteristicclassesof complex vectorbundlesareabundantlyencounteredinvariousmathematical contexts. Furthermore,both enjoyaxiomaticdefinitionswhichcharacterizethemuniquelyascohomologyclasses. Forvectorbundlesoversmoothmanifolds,Chern–Weil theoryisanentirelygeometricframeworkin concretelyreproducingcharacteristiccohomologyclasses.ThefundamentalconstructioninChern WeiltheoryforvectorbundlesistheChern–Weilhomomorphism.Thisisanalgebrahomomorphism mappingelementsofthealgebraofinvariantpolynomialsongl(n,C)todeRhamcohomologyclasses onthebasemanifoldof avectorbundle, obtainedfromevaluatingthe invariantpolynomialson localcurvatureformsassociatedtoaconnection. Inthiswork,wereviewthenecessarybackgroundinordertodefinetheaforementionedmapprop erly, andwebrieflystudy its implications. Thecontentof thework includesanintroductionto smoothfiberbundles, thebasicsof thenotionsof connectionsandcurvatureonvectorbundles, aswell as the theoryof thealgebraof invariantpolynomials ongl(n,C). After this, thework finallyculminates intheChern–Weilconstructionanditsconsequences.Morespecifically,wewill verifythatthecharacteristicclassesobtainedviatheChern–Weilmapsatisfyageneralaxiomatic definitionthatisindependentofthegeometricapproachchosenhere.Afterwards,theremainingdis cussiontreatssomebasiccharacteristicsandapplicationsoftheChernclasses,aswellastheChern characterasanaturalringhomomorphismfromtopologicalK-theorytodeRhamcohomology.
-
(2022)Spatial graphs are graphs that are embedded in three-dimensional space. The study of such graphs is closely related to knot theory, but it is also motivated by practical applications, such as the linking of DNA and the study of chemical compounds. The Yamada polynomial is one of the most commonly used invariants of spatial graphs as it gives a lot of information about how the graphs sit in the space. However, computing the polynomial from a given graph can be computationally demanding. In this thesis, we study the Yamada polynomial of symmetrical spatial graphs. In addition to being symmetrical, the graphs we study have a layer-like structure which allows for certain transfer-matrix methods to be applied. There the idea is to express the polynomial of a graph with n layers in terms of graphs with n − 1 layers. This then allows one to obtain the polynomial of the original graph by computing powers of the so-called transfer-matrix. We introduce the Yamada polynomial and prove various properties related to it. We study two families of graphs and compute their Yamada polynomials. In addition to this, we introduce a new notational technique which allows one to ignore the crossings of certain spatial graphs and turn them into normal plane graphs with labelled edges. We prove various results related to this notation and show how it can be used to obtain the Yamada polynomial of these kinds of graphs. We also give a sketch of an algorithm with which one could, at least in principle, obtain the Yamada polynomials of larger families of graphs.
-
(2024)Työ käsittelee tunnettujen virtausdynamiikan yhtälöiden, Navier-Stokesin yhtälöiden ja Eulerin yhtälöiden välistä yhteyttä ja näiden ratkaisujen välisiä suppenemisehtoja. Työn ensimmäisessä kappaleessa esitellään työlle tärkeät perustiedot sisältäen esimerkiksi heikon derivaatan ja Sobolev-avaruuksien määritelmät ja useamman tärkeän funktioavaruuden ja jälkilauseiden määritelmät. Työn toinen kappale käsittelee tarkemmin Navier-Stokesin yhtälöitä ja Eulerin yhtälöitä. Kappaleessa esitellään ensin Navier-Stokesin yhtälöiden määritelmät ja sen jälkeen esitellään määritelmä ratkaisun olemassaololle. Kappaleen päätteeksi esitellään myös Eulerin yhtälön määritelmä. Neljännessä kappaleessa esitellään tutkielman pääaihe, eli Navier-Stokesin ja Eulerin yhtälöiden ratkaisujen välinen yhteys viskositeettitermin lähestyessä nollaa. Kappaleessa esitellään Tosio Katon tulos, jossa annetaan ekvivalentteja ehtoja sille, että Navier-Stokesin yhtälön heikko ratkaisu suppenee viskositeetin supetessa kohti Eulerin yhtälön ratkaisua. Tämä tulos todistetaan tutkiel- massa yksityiskohtaisesti. Lopuksi työn viimeisessä kappaleessa esitellään James. P. Kelliherin lisäykset Katon tuloksiin, jotka näyttävät, että Navier-Stokesin yhtälön ratkaisun u gradientti ∇u voidaan korvata ratkaisun u pyörteisyydellä ω(u). Kuten aiemmassa kappaleessa, niin myös tämä tulos esitellään yksityiskohtaisesti työssä. Työssä on vaadittu laajaa ymmärrystä monelta eri matematiikan osa-alueelta. Työn toinen kappale sisältää pitkälti analyysin metodeja sivuten muun muassa funktionaalianalyysiä ja funktioavaruuksien teoriaa. Kolmannessa ja neljännessä kappaleessa keskitytään pitkälti osittais- differentiaaliyhtälöiden teoriaan. Lisäksi työssä käsitellään laajalti myös reaalianalyysin aiheita. Päälähteinä työssä on käytetty Lawrence C. Evansin ”Partial Differential Equations” -teosta, Tosio Katon artikkelia ”Remarks on Zero Viscosity Limit” ja James P. Kelliherin artikkelia ”On Kato’s conditions for vanishing viscosity limit”.
-
(2023)Työssä todistetaan Delignen–Mumfordin kompaktifikaatiolause. Delignen–Mumfordin kompaktifikaatiolause sanoo, että tietyillä ehdolla jonolle saman signaturen hyperbolisia pintoja on olemassa rajapinta, josta on olemassa diffeomorfismit jokaiseen tämän jonon jäseneen ja että näillä diffeomorfismeilla nykäistyt metriikat suppenevat rajapinnalla rajametriikkaan. Työssä Delignen–Mumfordin kompaktifikaatiolause todistetaan osoittamalla vastaava tulos ensin hyperbolisten pintojen yksinkertaisille rakennuspalikoille. Työ todistaa vastaavan tuloksen ensin Y -palan kanonisille kauluksille ja käyttää tätä tulosta todistamaan vastaavan tuloksen Y -paloille. Tämän jälkeen työ todistaa jokaisen hyperbolisen pinnan olevan rakennettavissa Y -paloista antaen välittömästi tuloksen kaikille hyperbolisille pinnoille.
-
(2024)Sileät monistot laajentavat matemaattisen analyysin keinoja euklidisista avaruuksista yleisemmille topologisille avaruuksille. De Rhamin lause lisää tähän vielä yhteyden algebralliseen topologiaan näyttämällä, että tietyt monistojen topologiset invariantit voidaan karakterisoida joko analyysin tai topologian keinoin. Toisin sanottuna moniston analyyttiset ominaisuudet paljastavat jotain sen topologisista ominaisuuksista ja päinvastoin. Tässä gradussa esitetään De Rhamin lauseelle kaksi todistusta. Ensimmäinen niistä todistaa lauseen sen klassisessa muodossa, joka vaatii vain monistojen ja singulaarihomologian perusteorian ymmärtämisen. Toinen todistus on muotoiltu hyvin yleisesti lyhteiden avulla; tarvittava lyhteiden teoria esitellään lähes kokonaan tekstissä. Tämä rakenne jakaa tekstin luontevasti kahtia. Ensimmäisessä osassa kerrataan ensin lyhyesti de Rhamin kohomologian ja singulaarihomologian perusteet. Seuraavaksi esitellään singulaarikohomologia sekä ketjujen integrointi monistoilla, jotka johtavat klassisen de Rhamin lauseen todistukseen. Toisessa osassa tutustutaan aluksi esilyhteiden ja lyhteiden teoriaan. Sitten esitellään lyhdekoho- mologiateoriat ja niiden yhteys ensimmäisen osan kohomologiaryhmiin. Lopulta näytetään, että kaikki lyhdekohomologiateoriat ovat yksikäsitteisesti isomorfisia keskenään. De Rhamin kohomologian ja singulaarikohomologian tapauksessa tälle isomorfismille annetaan lisäksi suoraviivainen konstruktio.
-
(2022)Tämä tutkielma käsittelee C^2:n hyperbolisessa yksikkökuulassa asetettuja Dirichlet'n ongelmia. Työn tavoitteena on löytää ongelman ratkaisujen joukosta ne funktiot, jotka ovat sileitä, eli rajattomasti derivoituvia. Tätä varten kuvaillaan aluksi R^2:n yksikköympyrässä ja puoliavaruudessa määritellyt Dirichlet'n ongelmat ja miten muodostaa niille ratkaisut. Molempien alueiden ongelmia varten luodaan aluekohtaiset Greenin funktiot, joiden avulla johdetaan Poissonin ydin. Tämän ytimen avulla saadaan sileä ratkaisu Dirichlet'n ongelmaan. Tämän jälkeen tutustutaan C^2:n hyperboliseen yksikkökuulaan, ja miten siinä määritellyt Dirichlet'n ongelmat eroavat R^2:n yksikkökuulan ongelmista. Aiheen kannalta merkittävintä on ero euklidisen ja hyperbolisen Laplace-Beltramin operaattorin ominaisuuksissa. Kun tärkeimmät eroavaisuudet ovat selvitetty, voidaan todistaa, että Poisson-Szegön ytimen avulla määritelty funktio ratkaisee Dirichlet'n ongelman. On kuitenkin mahdollista näyttää esimerkillä, että ratkaisut eivät ole välttämättä sileitä. Jotta näistä ratkaisuista voidaan erottaa sileät funktiot, on hyödynnettävä palloharmonisia funktioita. Näiden tärkeimpiä piirteitä kuvaillaan sekä reaaliavaruudessa että kompleksiavaruudessa. Näiden funktioiden ja hypergeometristen funktioiden avulla voidaan määritellä uusi muoto Poisson-Szegön ytimelle, josta voidaan puolestaan johtaa tutkielman lopputulos. Kyseiseksi lopputulokseksi saadaan se, että yksikkökuulan Dirichlet'n ongelmien ratkaisut ovat sileitä jos ja vain jos ratkaisut ovat pluriharmonisia.
-
(2021)In this thesis we study extension results related to compact bilinear operators in the setting of interpolation theory and more specifically the complex interpolation method, as introduced by Calderón. We say that: 1. the bilinear operator T is compact if it maps bounded sets to sets of compact closure. 2.\bar{ A} = (A_0,A_1) is a Banach couple if A_0,A_1 are Banach spaces that are continuously embedded in the same Hausdorff topological vector space. Moreover, if (Ω,\mathcal{A}, μ) is a σ-finite measure space, we say that: 3. E is a Banach function space if E is a Banach space of scalar-valued functions defined on Ω that are finite μ-a.e. and so that the norm of E is related to the measure μ in an appropriate way. 4. the Banach function space E has absolutely continuous norm if for any function f ∈ E and for any sequence (Γ_n)_{n=1}^{+∞}⊂ \mathcal{A} satisfying χ_{Γn} → 0 μ-a.e. we have that ∥f · χ_{Γ_n}∥_E → 0. Assume that \bar{A} and \bar{B} are Banach couples, \bar{E} is a couple of Banach function spaces on Ω, θ ∈ (0, 1) and E_0 has absolutely continuous norm. If the bilinear operator T : (A_0 ∩ A_1) × (B_0 ∩ B_1) → E_0 ∩ E_1 satisfies a certain boundedness assumption and T : \tilde{A_0} × \tilde{B_0} → E_0 compactly, we show that T may be uniquely extended to a compact bilinear operator T : [A_0,A_1]_θ × [B_0,B_1]_θ → [E_0,E_1]_θ where \tilde{A_j} denotes the closure of A_0 ∩ A_1 in A_j and [A_0,A_1]_θ denotes the complex interpolation space generated by \bar{A}. The proof of this result comes after we study the case where the couple of Banach function spaces is replaced by a single Banach space.
-
(2022)Tässä tutkielmassa tarkastellaan, onko matematiikan ylioppilaskirjoitusten geometria tehtävissä tapahtunut muutosta kokeiden sähköistymisen seurauksena. Tarkastelussa on mukana pitkän ja lyhyen matematiikan kirjoitus kerrat kevät 2016 -- kevät 2021, joista kevät 2016 -- syksy 2018 ovat olleet ennen sähköistymistä ja kevät 2019 -- kevät 2021 ovat olleet sähköisiä kokeita. Tutkimuksessa vastataan kahteen tutkimuskysymykseen: "Onko geometrian tehtävät muuttuneet sähköistymisen seurauksena ja jos on, niin miten muutos on nähtävissä?" ja "Miten geometria tehtävien osuus on muuttunut pisteytyksessä?". Ensimmäiseen kysymykseen tutkimus pyrkii vastaamaan tarkastelemalla sähköistä ympäristöä ja sen mukana tulleita apuvälineitä. Sen lisäksi syvällisempää tarkastelua varten jokainen tehtävä on arvioitu Bloomin taksonomian asteikolla. Asteikon avulla tehtäviä ja niiden haastavuutta on vertailtu keskenään. Seuraavaan kysymyksen vastaamiseen tukimuksessa on käytössään ylioppilastutkintolauttakunnalta saatu data lyhyen ja pitkän matematiikan ylioppilaskokeiden tuloksista. Datasta on nostettu esille geometria tehtävistä saatujen pisteiden prosentuaalinen osuus kokeiden pisteytyksessä, johon on vaikuttanut kokeessa esiintyvien tehtävien määrä ja niistä saadut pisteet. Jokaiselle kokeelle on laskettu myös geometria tehtävistä saatujen pisteiden painotettu keskiarvo, joka kertoo tehtävien haastavuudesta. Datassa on ollut laskettuna myös CORR-menettelyn avulla Pearson korrelaatiot tehtävien välille, sekä korrelaatiot kokeista saatujen pisteiden kanssa. Tutkimuksessa nostetaan esille geometrian tehtävistä saatujen pisteiden korrelaatiot kokeesta saatujen pisteiden kanssa. Korrelaatio antaa arvion siitä, kuinka hyvin tehtävien haastavuus on ollut linjassa kokeen muiden tehtävien kanssa. Tulosten avulla tutkija vertailee sähköisiä ja ei-sähköisiä kokeita keskenään ja nostaa esille merkittävimmät muutokset niiden välillä. Tutkimuksessa käydään läpi myös geometrian ja ylioppilaskirjoitusten historiaa, jonka tarkoituksena on pohjustaa tutkimuksessa käsiteltävää aihetta. Tutkimuksessa on käyty myös läpi, mitkä tehtävät tutkimus laskee geometrian tehtäviksi hyödyntäen lukion perusopetussuunitelmissa esiintyviä geometrian kursseja. Ylioppilastutkintolauttakunnan tarjoama data antaa ymmärtää, että pitkän matematiikan tehtävät olisivat helpottuneet samalla, kun niiden määrä on vähentynyt. Lyhyessä matematiikassa sähköisissä kokeissa on ollut enemmän geometrian tehtäviä, mutta niiden vaikeudesta ei pysty datan avulla tekemään selkeää johtopäätöstä. Bloomin taksonomian mukaan pitkässä matematiikassa ei ole ollut merkittävää muutosta. Lyhyessä matematiikassa tehtävät ovat yleisesti helpottuneet, mutta vaikeimmat tehtävät löytyvät myös sähköisistä kokeista. Eniten muutosta on ollut itse sähköistymisessä, kun paperisista kokeista on vaihdettu sähköiseen koeympäristöön. Sähköistymisen mukana on tullut uudenlaisia havaintomateriaaleja, apuvälineitä ja tehtävätyyppejä.
-
(2020)This thesis provides a proof and some applications for the famous result in topology called the Borsuk-Ulam theorem. The standard formulation of the Borsuk-Ulam theorem states that for every continuous map from an n-sphere to n-dimensional Euclidean space there are antipodal points that map on top of each other. Even though the claim is quite elementary, the Borsuk-Ulam theorem is surprisingly difficult to prove. There are many different kinds of proofs to the Borsuk-Ulam theorem and nowadays the standard method of proof uses heavy algebraic topology. In this thesis a more elementary, geometric proof is presented. Some fairly fundamental geometric objects are presented at the start. The basics of affine and convex sets, simplices and simplicial complexes are introduced. After that we construct a specific simplicial complex and present a method, iterated barycentric subdivision, to make it finer. In addition to simplicial complexes, the theory we are using revolves around general positioning and perturbations. Both of these subjects are covered briefly. A major part in our proof of the Borsuk-Ulam theorem is to show that a certain homotopy function F from a specific n + 1-manifold to the n-dimensional Euclidean space can be by approximated another map G. Moreover this approximation can be done in a way so that the kernel of G is a symmetric 1-manifold. The foundation for approximating F is laid with iterated barycentric subdivision. The approximation function G is obtained by perturbating F on the vertices of the simplicial complex and by extending it locally affinely. The perturbation is done in a way so that the image of vertices is in a general position. After proving the Borsuk-Ulam theorem, we present a few applications of it. These examples show quite nicely how versatile the Borsuk-Ulam theorem is. We prove two formulations of the Ham Sandwich theorem. We also deduce the Lusternik-Schnirelmann theorem from the Borsuk- Ulam theorem and with that we calculate the chromatic numbers of the Kneser graphs. The final application we prove is the Topological Radon theorem.
-
(2019)This thesis provides an analysis of Growth Optimal Portfolio (GOP) in discrete time. Growth Optimal Portfolio is a portfolio optimization method that aims to maximize expected long-term growth. One of the main properties of GOP is that, as time horizon increases, it outperforms all other trading strategies almost surely. Therefore, when compared with the other common methods of portfolio construction, GOP performs well in the long-term but might provide riskier allocations in the short-term. The first half of the thesis considers GOP from a theoretical perspective. Connections to the other concepts (numeraire portfolio, arbitrage freedom) are examined and derivations of optimal properties are given. Several examples where GOP has explicit solutions are provided and sufficiency and necessity conditions for growth optimality are derived. Yet, the main focus of this thesis is on the practical aspects of GOP construction. The iterative algorithm for finding GOP weights in the case of independently log-normally distributed growth rates of underlying assets is proposed. Following that, the algorithm is extended to the case with non-diagonal covariance structure and the case with the presence of a risk-free asset on the market. Finally, it is shown how GOP can be implemented as a trading strategy on the market when underlying assets are modelled by ARMA or VAR models. The simulations with assets from the real market are provided for the time period 2014-2019. Overall, a practical step-by-step procedure for constructing GOP strategies with data from the real market is developed. Given the simplicity of the procedure and appealing properties of GOP, it can be used in practice as well as other common models such as Markowitz or Black-Litterman model for constructing portfolios.
-
(2023)Brennanin konjektuuri on matemaattinen hypoteesi, jonka muotoili J. E. Brennan vuonna 1978. Hypoteesissa on tarkoitus arvioida konformikuvauksen derivaatan moduulin integraalin potenssia avoimessa yksikkökiekossa. Brennan onnistui myöhemmin löytämään rajoja tälle potenssille, ja vuonna 1999 Daniel Bertilsson onnistui löytämään väitöskirjassaan lisää rajoja kyseiselle potenssille, mutta päähypoteesi pysyy avoimena. Tässä tutkielmassa esitellään määritelmiä, lauseita ja muita matemaattisia tuloksia, joita hyödyntämällä konjektuurin integraalin potenssille on onnistuttu löytämään rajoja. Johdantokappaleessa esitellään mielenkiinnon kohteena oleva matemaattinen ongelma, ja lisäksi siinä mainitaan muutama matemaattinen käsite, jotka ovat oleellisia tämän tutkielman kannalta. Nämä käsitteet ovat Koeben distortiolause, analyyttinen funktio ja universaali integraalikeskiarvojen spektri. Toisessa kappaleessa käydään läpi taustatietoja, jotka on hyvä tietää tässä tutkielmassa. Ensiksi kyseisessä kappaleessa palautetaan mieleen mikä on kompleksiluku ja kerrotaan niiden kahdesta ilmaisutavasta. Ensimmäinen tapa ilmaista kompleksiluku on ilmaista se luvun reaali- ja imaginaariosan avulla, ja toinen tapa esittää kompleksiluku on käyttämällä moduulia, siniä ja kosinia. Tässä toisessa tavassa käytetään myös kompleksiluvun argumenttia, joka on moduulin ja reaaliakselin välinen kulma. Toisessa kappaleessa esitellään myös kompleksisen differentioituvuuden ja analyyttisen funktion käsitteet, jotka molemmat ovat hyvin tärkeitä kompleksianalyysissa. Kyseisessä kappaleessa mainitaan myös Cauchy-Riemannin yhtälöt, biholomorfinen funktio ja joitain topologisia käsitteitä. Lisäksi myös siinä käydään läpi yksi kompleksiseen differentioituvuuteen ja Cauchy-Riemannin yhtälöihin liittyvä lause. Kappaleen lopussa tutustutaan myös Koebe funktioon ja yhteen lauseeseen, jossa yleistä juurifunktiota ja funktion jatkuvia haaroja. Kolmannessa kappaleessa tutustutaan S- ja Sigma- luokkiin, jotka ovat tutkielmassa käsiteltäviä kuvausluokkia. S-luokan alkiot ovat kuvauksia, jotka ovat analyyttisia ja injektioita, niiden arvo pisteessä 0 on 0 ja derivaatan arvo pisteessä 0 on 1. Sigma-luokan alkiot ovat puolestaan kuvauksia, jotka ovat analyyttisia ja injektioita sellaisten kompleksilukujen joukossa, joiden moduuli on suurempi kuin 1. Lisäksi tämän luokan funktioiden raja-arvo äärettömyyspisteessä on ääretön, ja derivaatan arvo äärettömyyspisteessä on 1. Sigma-luokan alkiot voidaan myös ilmaista suppenevana sarjana. Kappaleessa 3 käydään myös läpi Alue lause, Bieberbachin lause ja Koebe ¼- lause, ja kappaleen lopussa tutustutaan paremmin esimerkkeihin funktiosta, jotka kuuluvat kuvausluokkaan S. Neljännessä kappaleessa käydään läpi distrotiolauseita, joita ovat hyvin tärkeitä tämän tutkielman kannalta. Lisäksi kappaleessa tutustutaan Kasvulauseeseen, Yhdistettyyn kasvudistortiolauseeseen, Säteittäiseen distortiolauseeseen ja näiden todistuksiin. Viidennessä eli viimeisessä kappaleessa palataan Brennanin konjektuurin määritelmään ja käydään läpi derivaattafunktion integraalikeskiarvojen spektri ja universaali integraalikeskiarvojen spektri. Kappaleen lopussa kerrotaan myös Koebe derivaattafunktion integraalikeskiarvojen spektri.
-
(2020)Henkivakuutusyhtiöt tarjoavat asiakkailleen monenlaisia tuotteita. Vakuutuksia on erityyppisiä, mutta usein ne ovat liitoksissa vakuutetun elinaikaan. Mainittakoon näistä esimerkiksi kuolemanvara- ja elämänvaravakuutus. Ensimmäisessä korvaus maksetaan mikäli vakuutettu kuolee vakuutusaikana ja toisessa mikäli vakuutettu on elossa ennalta sovittuna ajanhetkenä. Vakuutetun elinaika ei kuitenkaan ole tiedossa sopimusta tehdessä, joten vakuutusyhtiön pitää pystyä estimoimaan vakuutettujen kuolevuutta. Riittävän tarkalla estimoinnilla pyritään estämään tilanne, jossa korvausten määrä ylittää vakuutusyhtiön varat. Kuolevuusennustetta voidaan käyttää muun muassa vakuutusten hinnoitteluun. Estimointi on kuitenkin haastavaa, sillä kuolevuuden kehitykseen tulevaisuudessa vaikuttavat muun muassa mahdolliset lääketieteelliset läpimurrot tai populaation elintapojen muutokset. Kuolevuus ei pysy samana sukupolvesta toiseen, vaan pääsääntöisesti monissa maissa uusi sukupolvi elää edellistä sukupolvea keskimäärin pidempään. Kuolevuutta onkin helpompi ennustaa lyhyellä kuin pitkällä aikavälillä. Tutkielman alussa määrittelemme tämän työn kannalta oleellisia esitietoja, jotka liittyvät sekä elinaikaan ja kuolevuuteen että yleisesti stokastisiin prosesseihin. Erityisen tärkeitä ovat elinajan ja kuolevuusfunktion käsite. Näiden lisäksi martingaali, laskuriprosessi ja kompensaattori ovat tämän työn avainkäsitteitä. Tutustumme määritelmien lisäksi Doob-Meierin hajotelmaan, jonka perusteella alimartingaali voidaan kirjoittaa systemaattisen ja täysin satunnaisen osan summana. Systemaattisesta osasta puhutaan kompensaattorina ja satunnaisen osan muodostaa martingaali. Tutkielman tarkoituksena on johtaa kumulatiivista kuolevuutta estimoiva Nelson-Aalen estimaattori tilanteessa, jossa vakuutettuja on n kappaletta ja vakuutetun mahdollisia eri kuolinsyitä k kappaletta. Oletamme parametrin n arvon olevan suhteellisen suuri ja parametrin k arvon suhteellisen pieni. Johdamme lisäksi estimaattorin odotusarvon sekä varianssin. Havaitaan, että estimaattori on hieman harhainen, mutta kuitenkin asymptoottisesti harhaton. Teemme lisäksi lyhyen sovelluksen R:llä, jonka tarkoituksena on auttaa lukijaa hahmottamaan miltä todellisen otoksen pohjalta laaditut Nelson-Aalen estimaatit voisivat näyttää ja tutkitaan kuinka hyvin ne vastaavat todellisia arvoja. Tutkielman loppupuolella tarkastellaan tilannetta, jossa vakuutettujen määrä kasvaa rajatta ja huomataan, että normalisoitu Nelson-Aalen estimaattori alkaa muistuttaa Gaussista martingaalia. Erityisesti kiinteällä ajanhetkellä estimaattori on asymptoottisesti normaalijakautunut. Todistuksessa käytämme Rebolledon keskeistä raja-arvolausetta martingaaleille. Tulosta käyttämällä olisi mahdollista määrittää luottamusrajat estimoitavalle kumulatiiviselle kuolevuudelle. Lopuksi käymme läpi vaihtoehtoisia tapoja estimoida kuolevuutta.
-
(2021)Säilymislauseina tunnetut tulokset kuvailevat malliteoriassa erilaisia yhteyksiä kaavojen syntaktisen rakenteen ja kaavat toteuttavien mallien semanttisten ominaisuuksien välillä. Esimerkiksi jokainen ensimmäisen kertaluvun logiikan eksistentiaalis-positiivinen kaava säilyy homomorfismien suhteen. Käänteiseen suuntaan jokainen homomorfismeissa säilyvä ensimmäisen kertaluvun kaava voidaan loogisesti yhtäpitävästi esittää myös eksistentiaalis-positiivisessa muodossa. Parannuksena tähän on Benjamin Rossman osoittanut, että jokainen funktiosymboleja sisältämätön ja homomorfismeissa säilyvä ensimmäisen kertaluvun kaava voidaan esittää eksistentiaalis-positiivisessa muodossa ilman tarvetta kaavan kvanttoriasteen kasvamiselle. Tässä tutkielmassa Rossmanin menetelmää kehitetään hieman eteenpäin osoittamalla, että jokainen funktiosymboleja sisältämätön ja homomorfismien suhteen säilyvä kaava on mahdollista muuttaa eksistentiaalis-positiiviseen muotoon sellaisella tavalla, että tuloksena olevan kaavan syntaktista rakennetta saadaan rajattua alkuperäisen kaavan rakenteen avulla ja että tuloksena olevan kaavan kvanttoriasteeksi riittää pelkkä alkuperäisen kaavan eksistenssikvanttoreista laskettu kvanttoriaste. Todistuksen työvälineenä esitellään eräs yleistys malliteoriassa perinteisesti käytetyistä ja erilaisten mallirakenteiden vertailuun soveltuvista kahden pelaajan peleistä.
-
(2021)Tavoitteet. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää tekijät, jotka vaikuttavat lääkelaskennan onnistuneeseen opiskeluun ja miten internetin tietolähteitä hyödynnetään siinä. Tutkielman runkona käytettiin teoreettista mallia opetukseen liittyvistä tekijöistä, joiden avulla opiskelua pystyy tehostamaan ja oppimisen laatua parantamaan. Hypoteesina oli, että liuoslaskut ja infuusioliuoslaskut olisivat haastavia aihealueita. Lisäksi tutkielman lähtökohtana käytettiin tietoa, että sosiaalista mediaa ja sen vaikutuksia opetukseen ei oltu selvitetty riittävästi. Menetelmät. Tutkimus oli luonteeltaan monimenetelmällinen tapaustutkimus. Määrälliseen aineistoon kuuluivat opiskelijoiden lääkelaskennan osaamista arvioiva peruslaskutesti ja kyselyn tulokset liittyen opiskelijoiden haastaviin lääkelaskuihin ja heidän käyttämiinsä tietolähteisiin. Laadullinen aineisto koostui opiskelijoiden käyttämien lääkelaskentaan liittyvien tietolähteiden analyysista. Kohderyhmänä toimi erään ammattikorkeakoulun lääkelaskentaa opiskelevat opiskelijat, joista 19 opiskelijaa vastasi kyselyyn. Tutkimukseen vastaajat olivat sairaanhoitaja- ja terveydenhoitaja- opiskelijoita. Lisäksi aineistoon kuului internetin tietolähteistä löytyvien lääkelaskentaan liittyvien ohjeiden ja ratkaisujen analyysi. Aineiston analyysimenetelmänä käytettiin taulukoita ja kuvaajia Google Formsin ja Excelin avulla. Tulokset ja johtopäätökset. Tutkimuksessa tehdyn kyselyn otosryhmä hallitsi lääkelaskennan eri osa-alueet testin perusteella erittäin hyvin. Kyselyyn opiskelijat luettelivat lääkelaskentaan liittyviä muutamia haastavia osa-alueita, kuten esimerkiksi liuoslaskut ja infuusioliuoslaskut. Internetin merkityksen kasvamisen myötä tulisi suunnitella uusia digitaalisia opetusympäristöjä, joissa annettava tieto olisi luotettavaa. Opiskelijoille tulisi tarjota oppimisalusta, jossa osaamista pystyisi kasvattamaan vaikeustasoltaan asteittain kasvavien tehtävien avulla. Opiskelijan tulisi saada tehtäviinsä välitön palaute niin, että ratkaisu näytettäisiin purettuna selkeisiin ja selitettyihin välivaiheisiin. Oppimisympäristön tulisi myös lisätä, mistä opiskelija löytää tarvittaessa lisätietoa tehtävään liittyvästä teoriasta ja ratkaisuesimerkeistä.
-
(2024)Machine learning is by no means a novel field, but a recent boom in interest has led to a rapid increase in funding for related research. Because of this, many pure-mathematicians may find themselves trying to transition to this currently lucrative area of research. Thus, there is some demand for literature which helps ease this transition for mathematicians with a geometry or topology background. In this thesis we provide an introduction to contemporary machine learning research for a geometrically or topologically inclined individual. We do so by tracing the study of manifolds from their inception to modern machine learning. The thesis begins with a brief history of manifolds to motivate the examination of a proof of the Whitney embedding theorem. The theorem is then proved in detail, following texts from Adachi and Mukherjee on differential geometry. Later, a brief introduction to manifold learning introduces the reader to the manifold hypothesis and connects the classical study with its machine learning counterpart. Then, we provide a canonical introduction to neural networks after which we share rigorous mathematical definitions. Finally, we introduce the necessary preliminaries and subsequently prove the universal approximation theorem with injective neural networks. While we consider the Whitney embedding theorem as having applications in machine learning research, the universal approximation theorem with injective neural networks has clearer uses beyond mathematics. The studies of inverse problems and compressed sensing are two areas for which injectivity is a necessary condition for the well-posedness of common questions. Both fields have many deep applications to scientific and medical imaging. Injectivity is also a prerequisite for a function to preserve the topological properties of its domain.
Now showing items 1-20 of 57