Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Browsing by study line "Mathematics"

Sort by: Order: Results:

  • Parviainen, Katariina (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.
  • Saarinen, Tapio (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.
  • Mustonen, Aleksi (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.
  • Häggblom, Matilda (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.
  • Lundström, Teemu (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.
  • Frosti, Miika (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.
  • Koutsompinas, Ioannis Jr (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.
  • Savolainen, Mikko (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.
  • Kelomäki, Tuomas (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.
  • Bazaliy, Viacheslav (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.
  • Närhi, Marianne (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.
  • Hankala, Teemu (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.
  • Partanen, Laura (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.
  • Mäkinen, Otto (2021)
    Tutkielma käsittelee invariantin aliavaruuden ongelmaa. Päälähteenä toimii Isabelle Chalendarin ja Jonathan Partingtonin kirja Modern Approaches to the Invariant-Subspace Problem. Invariantin aliavaruuden ongelmassa kysytään, onko kompleksisessa Banachin avaruudessa X jokaisella jatkuvalla lineaarisella operaattorilla T olemassa suljettu aliavaruus A, joka on invariantti (T(A) ⊂ A) ja ei-triviaali (A 6= {0} ja A 6= X). Invariantin aliavaruuden ongelma on vielä avoin kompleksiselle ääretönulotteiselle separoituvalle Hilbertin avaruudelle. Tutkielma koostuu neljästä luvusta. Ensimmäisessä luvussa käydään läpi tarvittavia määritelmiä ja teorioita sekä pohjustetaan tulevia kappaleita. Toisessa luvussa määritellään Banachin algebra ja kompaktit operaattorit sekä esitetään Schauderin kiintopistelause ja päätuloksena Lomonosovin lause, jonka korollaarina saadaan, että kompaktilla operaattorilla, joka ei ole nollaoperaattori, on ei-triviaali invariantti aliavaruus. Lomonosovin lause on esitetty Chalendarin ja Partingtonin kirjan luvussa 6. Kolmannessa luvussa siirrytään Hilbertin avaruuksiin ja tutkitaan normaaleja operaattoreita. Päätuloksena todistetaan, että normaalilla operaattorilla, joka ei ole nollaoperaattori, on ei-triviaali hyperinvariantti aliavaruus. Tätä varten määritellään spektraalisäteen ja spektraalimitan käsitteet sekä näihin liittyviä tuloksia. Normaalit operaattorit löytyvät Chalendarin ja Partingtonin kirjan luvusta 3. Neljäs luku käsittelee minimaalisia vektoreita. Luvussa esitetään Hahn-Banachin, Eberlein-Smulyan ja Banach-Alaoglun lauseet sekä sovelletaan minimaalisia vektoreita invariantin aliavaruuden ongelmaan. Minimaalisten vektoreiden avulla saadaan esimerkiksi uusi ja erilainen todistus sille, että kompaktilla operaattorilla, joka ei ole nollaoperaattori, on ei-triviaali invariantti aliavaruus. Chalendarin ja Partingtonin kirja käsittelee minimaalisia vektoreita luvussa 7.
  • Laukkarinen, Aapo (2022)
    In this thesis we study the article by J. Bourgain and C. Demeter called A study guide for the l^2 decoupling theorem. In particular, we hope to give an in detail exposition to certain results from the aforementioned research article so that this text combined with the master’s thesis On the l^2 decoupling theorem by Jaakko Sinko covers the l^2 decoupling theorem comprehensively in the range 2 ≤ p ≤ 2n/(n−1). The results in this text also self-sufficiently motivate the use of the extension operator and explain why it is possible to prove linear decouplings with multilinear estimates. We begin the thesis by giving the basic notation and highlighting some useful results from analysis and linear algebra that are later used in the thesis. In the second chapter we introduce and prove a certain multilinear Kakeya inequality, which asserts an upper bound for the overlap of neighbourhoods of nearly axis parallel lines in R^n that point in different directions. In the next chapter this is applied to prove a multilinear cube inflation inequality, which is one of the main mechanisms in the proof of the l^2 decoupling theorem. In the fourth chapter we study two forms of linear decoupling. One that is defined by an extension operator and one that defined via Fourier restriction. The main result of this chapter is that the former is strong enough to produce decoupling inequalities that are of the latter form. The fifth chapter is reserved for comparing linear and multilinear decouplings. Here we use the main result of the previous chapter to prove that multilinear estimates can produce linear decouplings, if the lower dimensional decoupling constant is somehow contained. This paves the way for the induction proof of the l^2 decoupling theorem.
  • Vuorenmaa, Elmo (2021)
    In topology, one often wishes to find ways to extract new spaces out of existing spaces. For example, the suspension of a space is a fundamental technique in homotopy theory. However, in recent years there has been a growing interest in extracting topological information out of discrete structures. In the field of topological data-analysis one often considers point clouds, which are finite sets of points embedded in some R^m. The topology of these sets is trivial, however, often these sets have more structure. For example, one might consider a uniformly randomly sampled set of points from a circle S1. Clearly, the resulting set of points has some geometry associated to it, namely the geometry of S1. The use of certain types of topological spaces called Vietoris-Rips and Cech complexes allows one to study the "underlying topology" of point clouds by standard topological means. This in turn enables the application of tools from algebraic topology, such as homology and cohomology, to be applied to point clouds. Vietoris-Rips and Cech complexes are often not metrizable, even though they are defined on metric spaces. The purpose of this thesis is to introduce a homotopy result of Adams and Mirth concerning Vietoris-Rips metric thickenings. In the first chapter, we introduce the necessary measure theory for the main result of the thesis. We construct the 1-Wasserstein distance, and prove that it defines a metric on Polish spaces. We also note, that the 1-Wasserstein distance is a metric on general metric spaces. In the sequel, we introduce various complexes on spaces. We study simplicial complexes on R^n and introduce the concept of a realization. We then prove a theorem on the metrizability of a realization of a simplicial complex. We generalize simplicial complexes to abstract simplicial complexes and study the geometric realization of some complexes. We prove a theorem on the existence of geometric realizations for abstract simplicial complexes. Finally, we define Vietoris-Rips and Cech complexes, which are complexes that are formed on metric spaces. We introduce the nerve lemma for Cech complexes, and prove a version of it for finite CW-complexes. The third chapter introduces the concept of reach, which in a way measures the curvature of the boundary of a subset of R^n. We prove a theorem that characterizes convex, closed sets of R^n by their reach. We also introduce the nearest point projection map π, and prove its continuity. In the final chapter, we present some more measure theory, which leads to the definitions of Vietoris-Rips and Cech metric thickenings. The chapter culminates in constructing an explicit homotopy equivalence between a metric space X of positive reach and its Vietoris-Rips metric thickening.
  • Metsälampi, Lilja (2021)
    Tutkielman päämääränä on esitellä ja todistaa Milnorin lause (John Milnor, 1968) geometrisen ryhmäteorian alalta. Milnorin lause on olennainen osa äärellisesti viritettyjen ratkeavien ryhmien kasvun luokittelua. Se kertoo, että äärellisesti viritetyt ratkeavat ryhmät joko kasvavat eksponentiaalisesti tai ovat polysyklisiä. Polysyklisten ryhmien kasvun tiedetään olevan joko polynomista tai eksponentiaalista. Näin ollen äärellisesti viritetyt ratkeavat ryhmät kasvavat joko polynomisesti tai eksponentiaalisesti. Tutkielman ensimmäinen luku on johdantoa ja toinen luku on esitietoja. Tutkielman kolmannessa luvussa esitellään ryhmät ja aakkostot. Erityisesti esitellään, mitä tarkoittaa ajatella ryhmän alkioita jonkin aakkoston sanoina. Lisäksi määritellään vapaat ryhmät ja ryhmien esitykset. Tämän jälkeen neljännessä luvussa ryhmiin määritellään ryhmän Cayley graafin avulla sanametriikaksi kutsuttu metriikka. Todistetaan, että eri virittäjäjoukkojen suhteen muodostetut sanametriikat ovat keskenään bilipschitzekvivalentit. Lopulta määritellään ryhmien kasvu ja todistetaan, että ryhmän kasvu ei riipu valitusta virittäjäjoukosta. Viidennessä luvussa esitellään ratkeavat ryhmät, nilpotentit ryhmät ja polysykliset ryhmät ja muutamia konkreettisia esimerkkejä näistä ryhmistä. Lisäksi esitellään näiden ryhmien keskeisiä ominaisuuksia ja niiden välisiä suhteita. Todistetaan esimerkiksi, että jokainen nilpotentti ja polysyklinen ryhmä on myös ratkeava ryhmä. Kuudennessa luvussa todistetaan tutkielman päätulos, Milnorin lause. Se tapahtuu induktiolla ratkeavalle ryhmälle ominaisen subnormaalin laskevan jonon pituuden suhteen. Lisäksi esitellään ja todistetaan tarvittavia aputuloksia. Luvun lopussa esitellään Wolfin lause (Joseph Wolf, 1968) ja yhdistetään Milnorin ja Wolfin lauseet yhdeksi tulokseksi, Milnor-Wolfin lauseeksi. Milnor-Wolfin lauseen nojalla äärellisesti viritettyjen ratkeavien ryhmien kasvu saadaan luokiteltua.
  • Tiusanen, Mikko (2021)
    This thesis provides a program to compute minimal values of polynomials of degree two to get a transcendence measure for e, Napier’s (Neper’s) number. This is an indication of how close to zero some non-zero integer coefficient polynomial can come at e: Since e is transcendental, no such polynomial can actually attain zero. The thesis concentrates on the case of second degree polynomials. The program is written in the R5RS dialect of the programming language Scheme, a reasonably modern LISP version that offers integer and rational arithmetic only limited by the memory. The program is validated by comparison to results computed by hand, using another programming language, J. The program was also rewritten in the programming language C, providing the relevant rational number arithmetic by the library gmp. Performance characteristics of the programs are briefly compared. To appoximate the needed value of e, the programs use continued fractions. Relevant mathematical background for the subject is presented. Symmetries of the grid that represents the polynomial coefficients are used to speed up the computation: The symmetry with respect to the origin effectively halves the number of polynomial evaluations needed. The others employed are interesting but less significant. The idea came from a description of a chess endgame program of Ken Thompson by Jon Bentley, although it is likely to be older. These lead to employing the concept of a layer of polynomials with integer coefficients, the border of a punctured grid, in a sense. Layers turned out to rather nicely fit the handling of the accuracy requirements for e. The complexity of the program is still bounded from below by the number of points in the grid of polynomials, partitioned by the layers, making it bounded from below by a second degree polynomial in H, Omega(H²), where H is the natural number bounding the absolute values of the coefficients of the second and first power of e in the polynomial. The program is reasonably easily changed to handle any transcendental number other than e, in particular, if there is a convenient continued fraction to compute approximations to the number. Strictly speaking, the program does not compute the full transcendence measure, that is, a safe upper bound for each integer coefficient polynomial considered, but if this larger output is actually needed, only a minor change in the program is required.
  • Duevski, Teodor (2019)
    In this thesis we model the term structure of zero-coupon bonds. Firstly, in the static setting by norm optimization Hilbert space techniques and starting from a set of benchmark fixed income instruments, we obtain a closed from expression for a smooth discount curve. Moving on to the dynamic setting, we describe the stochastic modeling of the fixed income market. Finally, we introduce the Heath-Jarrow-Morton (HJM) methodology. We derive the evolution of zero-coupon bond prices implied by the HJM methodology and prove the HJM drift condition for non arbitrage pricing in the fixed income market under a dynamic setting. Knowing the current discount curve is crucial for pricing and hedging fixed income securities as it is a basic input to the HJM valuation methodology. Starting from the non arbitrage prices of a set of benchmark fixed income instruments, we find a smooth discount curve which perfectly reproduces the current market quotes by minimizing a suitably defined norm related to the flatness of the forward curve. The regularity of the discount curve estimated makes it suitable for use as an input in the HJM methodlogy. This thesis includes a self-contained introduction to the mathematical modeling of the most commonly traded fixed income securities. In addition, we present the mathematical background necessary for modeling the fixed income market in a dynamic setting. Some familiarity with analysis, basic probability theory and functional analysis is assumed.
  • Koivurova, Antti (2021)
    This thesis surveys the vast landscape of uncertainty principles of the Fourier transform. The research of these uncertainty principles began in the mid 1920’s following a seminal lecture by Wiener, where he first gave the remark that condenses the idea of uncertainty principles: "A function and its Fourier transform cannot be simultaneously arbitrarily small". In this thesis we examine some of the most remarkable classical results where different interpretations of smallness is applied. Also more modern results and links to active fields of research are presented.We make great effort to give an extensive list of references to build a good broad understanding of the subject matter.Chapter 2 gives the reader a sufficient basic theory to understand the contents of this thesis. First we talk about Hilbert spaces and the Fourier transform. Since they are very central concepts in this thesis, we try to make sure that the reader can get a proper understanding of these subjects from our description of them. Next, we study Sobolev spaces and especially the regularity properties of Sobolev functions. After briefly looking at tempered distributions we conclude the chapter by presenting the most famous of all uncertainty principles, Heisenberg’s uncertainty principle.In chapter 3 we examine how the rate of decay of a function affects the rate of decay of its Fourier transform. This is the most historically significant form of the uncertainty principle and therefore many classical results are presented, most importantly the ones by Hardy and Beurling. In 2012 Hedenmalm gave a beautiful new proof to the result of Beurling. We present the proof after which we briefly talk about the Gaussian function and how it acts as the extremal case of many of the mentioned results.In chapter 4 we study how the support of a function affects the support and regularity of its Fourier transform. The magnificent result by Benedicks and the results following it work as the focal point of this chapter but we also briefly talk about the Gap problem, a classical problem with recent developments.Chapter 5 links density based uncertainty principle to Fourier quasicrystals, a very active field of re-search. We follow the unpublished work of Kulikov-Nazarov-Sodin where first an uncertainty principle is given, after which a formula for generating Fourier quasicrystals, where a density condition from the uncertainty principle is used, is proved. We end by comparing this formula to other recent formulas generating quasicrystals.