Archivio 2018 210 seminari

A Lorentz gas consists of a set of non-interacting point particles that move along a certain type of trajectory (for example, straight or circular trajectories) and a set of fixed obstacles in space with which particles collide specularly. The obstacles can be distributed in different ways. Probably the simplest nontrivial case is where the trajectories are straight and the obstacles are 2D disks distributed periodically. This system is equivalent to the Sinai billiard, which was proved to be chaotic. If we consider circular trajectories instead of straight ones on this periodic Lorentz gas, some trajectories become non-chaotic. A simple way to find if there are non-chaotic trajectories is with a Poincaré map. A chaotic trajectory will fill most of the phase space, except maybe for some "islands" where drifting trajectories appear, which move effectively in only one direction with a constant velocity. Because the islands have a positive measure, the diffusion behavior is ballistic, i.e. <x^2(t)> ~ t^2, where <x^2(t)> is the mean square displacement, and t the time. If the islands disappear, then the diffusion becomes normal, i.e. <x^2(t)> ~ t. When the obstacles have a Poisson distribution, the diffusion is always normal if there is no localization of particles. If the density of obstacles is high enough, then the maximum diffusion coefficient is for a radius of trajectories different from infinity. Quasiperiodic arrays of obstacles have an angular symmetry as the periodic arrays, but there is no longer a translational symmetry as with random distributions. In this talk, we will first summarize some of results for the periodic and random arrays of obstacles with circular trajectories, and then we will show numerical computations of the diffusion coefficient for a Lorentz gas with quasiperiodic array of obstacles and circular trajectories. The obtained results are unexpected for high densities of obstacles, where we find more than one local maximum in the diffusion coefficient. We also studied a Poincaré map, finding in some cases islands similar to the periodic case. However, those islands do not correspond to drifting trajectories. Contrary to the periodic case, all trajectories produce normal diffusion.
Data una retta r e un punto P fuori da essa, esiste una ed una sola parallela ad r passante per P”: vero o falso? Può stupire, ma la risposta esatta è: dipende! Basta, infatti, abbandonare per un attimo la rassicurante geometria euclidea, cui la nostra educazione matematica ci abitua fin dalla più tenera infanzia, per ritrovarci in mondi nuovi, strani, controintuitivi, in cui quell'enunciato, che pure ci è così familiare da sembrarci una verità indiscutibile, non vale più. Sono le geometrie non euclidee, molto più giovani ma altrettanto rigorose di quella formalizzata da Euclide nel lontano 300 a.C. Il corso si propone di presentare l’insegnamento di tali geometrie come strumento per favorire la comprensione del moderno metodo assiomatico in matematica, sollecitare l’attitudine degli studenti al pensiero logico e permettere, sviluppandola in maniera critica, di consolidare la conoscenza della geometria euclidea - come auspicato dalle indicazioni nazionali sugli obiettivi specifici di apprendimento della scuola superiore. Proporremo a tal fine diversi percorsi laboratoriali implementabili in classe che, facendo uso di materiali poveri (palloni, pennarelli, elastici, palline di polistirolo, ecc...) e utilizzando quadri e xilografie (tra cui "Ragazzo affascinato dal volo di una mosca non euclidea" di Max Ernst o la serie dei "Cerchi limite" di M.C. Escher), ci consentiranno di esplorare queste geometrie alternative. Sarà un viaggio di scoperta che, dopo averci permesso di interiorizzare concetti base della matematica e di legarli in un percorso interdisciplinare ad arte e filosofia, ci porterà letteralmente ... tra le stelle: come vedremo, infatti, le geometrie non euclidee hanno rappresentato uno strumento fondamentale nell'impostare il problema della forma dell'universo. Risolverlo, invece, è un'altra storia!
Data una retta r e un punto P fuori da essa, esiste una ed una sola parallela ad r passante per P”: vero o falso? Può stupire, ma la risposta esatta è: dipende! Basta, infatti, abbandonare per un attimo la rassicurante geometria euclidea, cui la nostra educazione matematica ci abitua fin dalla più tenera infanzia, per ritrovarci in mondi nuovi, strani, controintuitivi, in cui quell'enunciato, che pure ci è così familiare da sembrarci una verità indiscutibile, non vale più. Sono le geometrie non euclidee, molto più giovani ma altrettanto rigorose di quella formalizzata da Euclide nel lontano 300 a.C. Il corso si propone di presentare l’insegnamento di tali geometrie come strumento per favorire la comprensione del moderno metodo assiomatico in matematica, sollecitare l’attitudine degli studenti al pensiero logico e permettere, sviluppandola in maniera critica, di consolidare la conoscenza della geometria euclidea - come auspicato dalle indicazioni nazionali sugli obiettivi specifici di apprendimento della scuola superiore. Proporremo a tal fine diversi percorsi laboratoriali implementabili in classe che, facendo uso di materiali poveri (palloni, pennarelli, elastici, palline di polistirolo, ecc...) e utilizzando quadri e xilografie (tra cui "Ragazzo affascinato dal volo di una mosca non euclidea" di Max Ernst o la serie dei "Cerchi limite" di M.C. Escher), ci consentiranno di esplorare queste geometrie alternative. Sarà un viaggio di scoperta che, dopo averci permesso di interiorizzare concetti base della matematica e di legarli in un percorso interdisciplinare ad arte e filosofia, ci porterà letteralmente ... tra le stelle: come vedremo, infatti, le geometrie non euclidee hanno rappresentato uno strumento fondamentale nell'impostare il problema della forma dell'universo. Risolverlo, invece, è un'altra storia!
Data una retta r e un punto P fuori da essa, esiste una ed una sola parallela ad r passante per P”: vero o falso? Può stupire, ma la risposta esatta è: dipende! Basta, infatti, abbandonare per un attimo la rassicurante geometria euclidea, cui la nostra educazione matematica ci abitua fin dalla più tenera infanzia, per ritrovarci in mondi nuovi, strani, controintuitivi, in cui quell'enunciato, che pure ci è così familiare da sembrarci una verità indiscutibile, non vale più. Sono le geometrie non euclidee, molto più giovani ma altrettanto rigorose di quella formalizzata da Euclide nel lontano 300 a.C. Il corso si propone di presentare l’insegnamento di tali geometrie come strumento per favorire la comprensione del moderno metodo assiomatico in matematica, sollecitare l’attitudine degli studenti al pensiero logico e permettere, sviluppandola in maniera critica, di consolidare la conoscenza della geometria euclidea - come auspicato dalle indicazioni nazionali sugli obiettivi specifici di apprendimento della scuola superiore. Proporremo a tal fine diversi percorsi laboratoriali implementabili in classe che, facendo uso di materiali poveri (palloni, pennarelli, elastici, palline di polistirolo, ecc...) e utilizzando quadri e xilografie (tra cui "Ragazzo affascinato dal volo di una mosca non euclidea" di Max Ernst o la serie dei "Cerchi limite" di M.C. Escher), ci consentiranno di esplorare queste geometrie alternative. Sarà un viaggio di scoperta che, dopo averci permesso di interiorizzare concetti base della matematica e di legarli in un percorso interdisciplinare ad arte e filosofia, ci porterà letteralmente ... tra le stelle: come vedremo, infatti, le geometrie non euclidee hanno rappresentato uno strumento fondamentale nell'impostare il problema della forma dell'universo. Risolverlo, invece, è un'altra storia!
Il ragionamento matematico deduttivo, com’è percepito attraverso le pubblicazioni ufficiali e, più in generale, la “comunicazione” del messaggio logico-matematico, non sempre riflette tutte le caratteristiche del pensiero del matematico in corso d’opera (non comunicato) e gli approcci metodologici che portano alla formulazione finale dei risultati. “Affinare la mira”, valutare il rischio dell’imbarcarsi in un tentativo, la convenienza nell’ottimizzare, nel generalizzare o meno l’ipotesi di un teorema al massimo, o viceversa specificarne una tesi, sono fasi inevitabili della storia della lotta ai problemi che non appaiono di norma nel prodotto finito. Riteniamo che l’abitudine alla categorizzazione, all’inquadramento formale di problemi complessi e la lungimiranza di pensiero che la disciplina scientifica fornisce, possano rendere menti esercitate a tale scopo anche idonee a sistematizzare altre teorie, prestando un contributo unico, per esempio, alle scienze umane e sociali, non solo nell’analisi quantitativa di dati ma nella propria concezione e ideazione della modellazione, nell’elaborazione e raffinamento della metodologia, nell’attribuzione di significato e interpretazione qualitativa dei risultati, oltre che nascondere un grande potenziale di valutazione decisionale. La ricerca interdisciplinare si costruisce con lungo sforzo dal contatto di mondi destinati, a volte per molto tempo, a rimanere fisicamente incomunicanti. Ma quando la distanza è rilevante anche nei contenuti, essere pionieri equivale a fare un salto nel vuoto e spostarsi interamente e radicalmente. Seguendo le orme della propria esperienza personale, l’autore, un matematico di prima formazione, si propone di presentare una serie di studi di linguistica, inerenti al suo attuale ambito di ricerca, l’intonazione, che hanno visto la concretizzazione di alcune sue contribuzioni speciali, sebbene non strettamente “matematici” nei contenuti. Presenteremo un problema di analisi del cambiamento linguistico nel tempo, un problema di rianalisi e rigrammaticalizzazione intonativa, un progetto di recupero di informazione linguistica data per morta attraverso l’intonazione e infine uno studio statistico che mostra la stabilizzazione di una “logica ritmica” specifica in alcune varietà linguistiche. La speranza è che il contatto con il pubblico, oltre a fruire di un diversivo ed aprire gli orizzonti conoscitivi, possa contribuire a un dibattito proficuo su possibili applicazioni di modelli matematici preesistenti a supporto di problemi nuovi.
This talk deals with the regularity properties (including propagation and interaction of nonlinear waves) of the solutions of the Cauchy problem to 2D semilinear wave equation with the removable singularities of the solutions of fully nonlinear hyperbolic systems arising in the mechanics of compressible fluids with constant entropy, and with the regularizing properties of the multidimensional wave equation with dissipative term. We shall first discuss the machinery of the pseudodifferential, respectively paradifferential operators which is applied. More precisely, "radially smooth" initial data having singularities on a "massive" set of angles in the plane, including the Cantor continuum set, yield singularities propagating as in the linear case. There is a big difference between the 2D case and the multidimensional case (3D) when the interaction of several (for example four) characteristic hyper-planes could produce singularities on a dense subset of the compliment of the light cone of the future located over the origin. A result of Bony for the triple interaction of progressing linear waves in the 2D case is commented too as then new effect appears: new born wave propagating along the cone of the future with vertex at the origin. We assume that the first variation of the nonlinear system under consideration is linear, symmetric and positive one in the sense of Friedrichs. A microlocal version of the Moser's condition on the existence of global solutions on the torus of the same system enables us to prove the nonexistence of isolated singularities at each characteristic point of the main symbol of the first variation. For symmetric quasilinear hyperbolic systems we study the propagation of regularity. As usual, the strength of the singularities is measured both in Sobolev space and microlocalized Sobolev spaces. An example from fluid mechanics will be presented in order to illustrate our results.
The mathematical analysis and numerical simulation of acoustic and electromagnetic wave scattering by planar screens is a classical topic. The standard technique involves reformulating the problem as a boundary integral equation on the screen, which can be solved numerically using a boundary element method. Theory and computation are both well-developed for the case where the screen is an open subset of the plane with smooth (e.g. Lipschitz or smoother) boundary. In this talk I will explore the case where the screen is an arbitrary subset of the plane; in particular, the screen could have fractal boundary, or itself be a fractal. Such problems are of interest in the study of fractal antennas in electrical engineering, light scattering by snowflakes/ice crystals in atmospheric physics, and in certain diffraction problems in laser optics. The roughness of the screen presents challenging questions concerning how boundary conditions should be enforced, and the appropriate function space setting. But progress is possible and there is interesting behaviour to be discovered: for example, a sound-soft screen with zero area (planar measure zero) can scatter waves provided the fractal dimension of the set is large enough. This research has also motivated investigations into the properties of fractional Sobolev spaces (the classical Bessel potential spaces) on non-Lipschitz domains. Accurate computations are also challenging because of the need to adapt the mesh to the fine structure of the fractal. As well as presenting numerical results, I will outline some outstanding open questions. This is joint work with Simon Chandler-Wilde (Reading) and David Hewett (UCL).
Questa presentazione ha l’obiettivo di presentare un lavoro di ricerca a metà strada tra la logica e l’algebra, due aree della matematica dove trovare spiragli per sfornare nuovi risultati è una sifda ardua, lontano dall’essere una pratica di tutti i giorni. Più precisamente esploreremo il concetto di “definibilità del primo ordine”, cioè dell’esistenza di una formula del primo ordine capace di descrivere un sottinsieme o una sottostruttura di una struttura data in un linguaggio fissato (nel nostro caso la teoria degli anelli) come l’insieme degli elementi per cui la formula è vera. È risaputo, in questo senso, che l’anello degli interi è definibile in Q (Robinson, 1949), non è definibile in R (Poonen, 2008) ma è definibile in R[x] (Robinson, 1951, Shlapentokh, 1990) quando R è un dominio di integrità. Il nuovo risultato che presenteremo permette di definire gli interi razionali (immagine del morfismo unitale) dentro R[x], per tutti gli anelli R in una classe più ampia di quella dei domini, quella degli anelli ridotti e indecomponibili, estendendo così il risultato già noto. Una tecnica per definire gli interi, che sarà presentata, consiste nell’utilizzo strategico dell’elemento x per definire l’insieme delle sue potenze e da esse “estrarre gli esponenti” mediante un artificio logico. Ma il lavoro più grande e innovativo consisterà nell’eliminare la necessità di valersi di un simbolo specifico (costante del linguaggio) per nominare tale elemento, mediante una quantificazione su un insieme definibile di elementi con le sue stesse proprietà. La dimostrazione, che sarà un’opportunità per mostrare alcune tecniche di costruzione di formule nell’interfaccia tra logica ed algebra, sarà basata su tre risultati fondamentali, di natura algebrica e logica. Dal punto di vista algebrico, proveremo che nella classe di anelli considerata, x é un elemento irriducibile e i polinomi che sono costanti come funzioni sono anche costanti come polinomi. In logica, troveremo un modo di scrivere, nel primo ordine, che “due potenze di basi distinte hanno lo stesso esponente” e, data l’impossibilità di definire con una formula finita il concetto di potenza, definiremo un concetto molto simile (“potenza logica” o “multiplo puro”) che per una certa classe di elementi, sufficiente al nostro scopo, coinciderà col concetto di potenza.
Quando si costruisce un modello matematico per descrivere il comportamento di un sistema fisico, si deve spesso affrontare il problema che alcuni parametri del modello (coefficienti, forzanti, condizioni al bordo, forma del dominio etc) non sono noti esattamente, ma al contrario sono affetti da un certo grado di incertezza, e quindi descritti in maniera naturale in termini di variabili aleatorie/campi aleatori. La necessita` di stimare l'affidabilita` delle simulazioni numeriche tenendo conto di tale aleatorieta` ha portato all'introduzione di tecniche di Quantificazione dell'Incertezza (Uncertainty Quantification) nel calcolo scientifico. Obiettivi classici di questo tipo di analisi sono a) il calcolo di indici statistici (ad es media e varianza) per quantita` di interesse legate alla soluzione dell'equazione considerata (ad esempio, il valore della soluzione in un punto, il suo integrale sul dominio di calcolo, o il flusso in uscita) b) il miglioramento della descrizione statistica dei parametri del modello basandosi su osservazioni sperimentali di tali quantita` di interesse. Il primo tipo di analisi e` tipicamente conosciuto come "Forward uncertainty Quantification", mentre il secondo "Inverse Uncertainty QUantification". Uno degli ostacoli principali in UQ e` rappresentato dal fatto che in molte applicazioni sono necessarie numerose variabili aleatorie (a volte dell'ordine di decine o centinaia) per ottenere rappresentazioni accurate dell'incertezza del modello. Gli schemi numerici adottati per eseguire l'analisi di UQ devono quindi essere tali da limitare il piu` possibile il peggioramento della performance quando il numero di parametri aumenta - un fenomeno noto come "curse of dimensionality". In questo seminario introdurro` le basi della metodologie di UQ per PDE con parametri aleatori e discutero` la loro applicazione a qualche problema (semplificato) di interesse ingegneristico (stampa 3d, flussi in mezzi porosi, bacini sedimentari)
The last few years have witnessed the rise of the Sharing Economy, a collection of decentralized online platforms whose users exchange knowledge, goods, and resources on a peer-to-peer basis. Sharing Economy platforms are often praised for their meritocratic approach, where all participants, regardless of their gender or ethnicity, receive the same opportunities to emerge through digital peer review mechanisms. Yet, they have recently come under fire due to reports of discriminatory behaviours and manipulations of their reputation systems. This raises an important question: are Sharing Economy platforms fair marketplaces, where all participants operate on a level playing field, or are they large-scale online aggregators of offline human biases? In this talk I will address this question on a number of examples, showing how online platforms can be represented in terms of networks, and how this allows to detect and measure some of the biases that might affect their users' behaviour. In particular, I will present clear evidence of avoidance between users from different ethnic backgrounds on Airbnb, and I will show how user reputation scores are distorted by the widespread practice of reciprocating highly positive ratings in a variety of platforms. I will conclude by discussing how these findings can be used to provide platform design recommendations, aimed at exposing and possibly reducing the biases we detect, in support of a fairer and more inclusive growth of Sharing Economy platforms.