Thèse Algorithmes pour l'Algèbre Différentielle Asymptotique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut Polytechnique de Paris École polytechnique École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Laboratoire de recherche : LIX - Laboratoire d'informatique Direction de la thèse : Joris VAN DER HOEVEN ORCID 0000000322441897 Début de la thèse : 2026-09-01 Date limite de candidature : 2026-06-06T23:59:59 De la même manière que l'algèbre différentielle a été introduite pour étudier les solutions des équations différentielles d'un point de vue purement formel, la théorie des H-corps vise à analyser le comportement asymptotique de ces solutions sous un angle formel.

Parmi les exemples importants de H-corps figurent le corps des transséries et les corps de Hardy. Une transsérie est une série généralisée pouvant inclure récursivement des exponentielles et des logarithmes. Par exemple :
e^(e^x) = e^(e^x - x) + e^(e^x - 2x) + 2 e^(e^x - 3x) + ...
W(x) = (x e^x)^(-1) = log x - log log x + (log log x)/(log x) + ...
sont des transséries lorsque x . Un corps de Hardy est un sous-corps différentiel de l'anneau des germes de fonctions réelles différentiables à l'infini. La théorie des H-corps offre un cadre unifié pour ces deux exemples, malgré leur nature distincte (purement formelle vs. analytique).

Objectif de la thèse : Développer une version effective de la théorie des H-corps, tout en explorant ses applications aux deux exemples principaux que sont les transséries et les corps de Hardy.
Le langage des H-corps comprend les opérations de corps (0, 1, +, -, ×), la dérivation , et l'ordre . Les axiomes d'un H-corps K incluent ceux des corps ordonnés et différentiels, ainsi que deux axiomes spécifiques exprimant la compatibilité entre la dérivation et l'ordre : Soit
C = {f K : f' = 0},
o = {f K : f 0},
O = {f K : f c pour un certain c C}.
On exige : f > C f' > 0 (pour tout f K), et O = C + o.
L'ordre sur K induit les relations asymptotiques :
f g si et seulement si f = O(g) (f est dominé par g),
f g si et seulement si f = o(g) (f est négligeable devant g).
Pour cette raison, les H-corps constituent un cadre adapté pour l'algèbre différentielle asymptotique.

Des algorithmes ont été développés pour des calculs asymptotiques dans des H-corps spécifiques. L'objectif de la thèse est de généraliser cette théorie de manière abstraite, tout en explorant ses applications aux exemples des transséries et des corps de Hardy.

Nous définirons d'abord un H-corps effectif comme un corps dont les éléments peuvent être représentés sur un ordinateur et pour lequel des algorithmes existent pour les opérations +, -, ×, , et les relations , . Les premières tâches consisteront à montrer que la clôture réelle d'un H-corps effectif reste effective, et qu'il est possible de clôturer de manière effective sous l'intégration et l'exponentiation.

Nous poursuivrons ensuite avec l'étude d'équations différentielles asymptotiques générales. Tout H-corps K peut être plongé dans une extension H-clos K, telle que toute équation différentielle asymptotique sur K admettant une solution dans une extension de K en admet déjà une dans K. Idéalement, ce travail aboutira à un algorithme général pour résoudre de telles équations sur K dans sa H-clôture. Si K est un sous-corps effectif du corps des transséries ou un corps de Hardy effectif, nous souhaitons également comprendre comment dériver des solutions formelles en transséries et analyser les propriétés analytiques des solutions.

Nous nous attendons à ce que l'analyse constructive des ordres de croissance des fonctions capturés par les H-corps puisse être appliquée de manière rigoureuse et algorithmique à l'étude des dynamiques multi-échelles. En modélisation dynamique, la séparation des échelles de temps permet de simplifier significativement les systèmes étudiés en décomposant les comportements dynamiques en parties 'lentes' et 'rapides'. Un exemple emblématique est l'approximation quasi-stationnaire. Comprendre de manière unifiée les régimes pour lesquels de telles approximations sont valides est un défi majeur. Puisque la subdivision 'lent vs. rapide' peut être interprétée naturellement du point de vue de l'algèbre différentielle asymptotique, nous prévoyons d'étudier comment le langage des H-corps peut être employé pour relever ce défi. The MAX team is searching for PhD candidates on the themes of the ERC ODELIX project: solving differential equations fast, precisely, and reliably. The present proposal concerns the resolution of differential equations using asymptotical methods.

Les étudiant·e·s en M2 d'informatique ou de mathématiques peuvent postuler. Une familiarité de base avec le calcul formel est requise. Des connaissances en algèbre différentielle et en théorie des modèles sont appréciées, mais non obligatoires.