Academic literature on the topic 'Géométrie systolique'

En 1949, C. Loewner a demontré dans un travail non publié l'inégalité systolique optimale du tore T reliant l'aire au carré de la systole. Par la systole on désigne la longueur du plus court lacet non contractile de T. De plus, l' égalité est atteinte si et seulement si le tore est plat hexagonal. Ce résultat a donné naissance à la géométrie systolique. Dans cette thèse, nous étudions des inégalités de type systolique portant sur les longueurs minimales de différentes courbes et pas seulement la systole.Dans un premier temps, nous démontrons trois inégalités géométriques optimales conformes sur la bouteille de Klein reliant l'aire au produit des longueurs des plus courts lacets noncontractiles dans des classes d'homotopie libres différentes. Pour chaque classe conforme, nous décrivons la métrique extrémale réalisant le cas d'égalité.Nous établissons ensuite des inégalités géométriques optimales sur le ruban deMobius muni d'une métrique de Finsler. Ces inégalités géométriques relient la systole et la hauteur du ruban de Mobius à son volume de Holmes-Thompson. Nous en déduisons une inégalité systolique optimale sur la bouteille de Klein munie d'une métrique de Finsler avec des symétries. Nous décrivons également une famille de métriques extrémales dans les deux cas.Dans le troisième travail, nous démontrons une inégalité systolique critique sur la surface de genre deux. Plus précisément, il est connu que la surface de genre deux admet une métrique Riemannienne plate à singularités coniques qui est extrémale parmi les métriques à courbure nonpositive pour l' inégalité systolique. Nous montrons que cette métrique est en fait critique pour des variations lentes de métriques, cette fois-ci sans hypothèse de courbure, pour un autre problème systolique portant sur les longueurs des plus courts lacets non contractiles dans certaines classes d'homotopie libres données. Ces classes d'homotopie correspondent aux lacets systoliques et deux-systoliques de la surface extrémale
In 1949, C. Loewner proved in an unpublished work that the two-torus T satisfies an optimal systolic inequality relating the area of the torus to the square of its systole. By a systole here we mean the smallest length of a noncontractible loop in T. Furthermore, the equality is attained if and only if the torus is flat hexagonal. This result led to whatwas called later systolic geometry. In this thesis, we study several systolic-like inequalities. These inequalities involve the minimal length of various curves and not merely the systole.First we obtain three optimal conformal geometric inequalities on Riemannian Klein bottles relating the area to the product of the lengths of the shortest noncontractible loops in different free homotopy classes. We describe the extremal metrics in each conformal class.Then we prove optimal systolic inequalities on Finsler Mobius bands relating the systoleand the height of the Mobius band to its Holmes-Thompson volume. We also establish an optimalsystolic inequality for Finsler Klein bottles with symmetries. We describe extremal metric families in both cases.Finally, we prove a critical systolic inequality on genus two surface. More precisely, it is known that the genus two surface admits a piecewise flat metric with conical singularities which is extremal for the systolic inequality among all nonpositively curved Riemannian metrics. We show that this piecewise flat metric is also critical for slow metric variations, this time without curvature restrictions, for another type of systolic inequality involving the lengths of the shortest noncontractible loops in different free homotopy classes. The free homotopy classes considered correspond to those of the systolic loops and the second-systolic loops of the extremal surface

Soit G un groupe de présentation finie. Un résultat de Gromov affirme l'existence de cycles géométriques réguliers qui représentent une classe d'homologie non nulle h dans le énième groupe d'homologie à coefficients entiers de G, cycles géométriques dont le volume systolique est aussi proche que souhaité du volume systolique de h. Ce théorème, dont aucune démonstration exhaustive n'avait été faite, a servi à obtenir plusieurs résultats importants en géométrie systolique. La première partie de cette thèse est consacrée à une démonstration complète de ce résultat. L'utilisation de ces cycles géométriques réguliers est connue sous le nom de technique de régularisation. Cette technique permet notamment de relier le volume systolique de certaines variétés fermées à d'autres invariants topologiques de ces variétés, tels que les nombres de Betti ou l'entropie minimale. La seconde partie de cette thèse propose d'examiner ces relations, et la mise en oeuvre de la technique de régularisation.La troisième partie est consacrée à trois problèmes liés à la géométrie systolique. Dans un premier temps on s'intéresse à une inégalité concernant les tores pleins plongés dans l'espace tridimensionnel. Puis, on s'intéresse ensuite aux triangulations minimales des surfaces compactes, afin d'obtenir des informations sur le volume systolique de ces surfaces. Enfin, on présente la notion de complexité simpliciale d'un groupe de présentation finie, et ses liens avec la géométrie systolique
Let G be a finitely presented group. A theorem of Gromov asserts the existence of regular geometric cycles which represent a non null homology class h in the nth homology group with integral coefficients of G, geometric cycles which have a systolic volume as close as desired to the systolic volume of h. This theorem, of which no complete proof has been given, has lead to major results in systolic geometry. The first part of this thesis is devoted to a complete proof of this result.The regularizationtechnique consists in the use of these regular geometric cycles to obtain information about the class $h$. This technique allows to link the systolic volume of some closed manifolds to homotopical invariants of these manifolds, such as the minimal entropy and the Betti numbers. The second part of this thesis proposes to investigate these links.The third part of this thesis is devoted to three problems of systolic geometry. First we are investigating an inequality about embeded tori in $R^3$. Second, we are looking into minimal triangulations of compact surfaces and some information they can provide in systolic geometry. And finally, we are presenting the notion of simplicial complexity of a finitely-presented group and its links with the systolic geometry

Dans cette thèse on étudie la géométrie systolique des variétés de Bieberbach. La \emph{systole} d'une variété riemannienne compacte et non simplement connexe $(M^n,g)$ est l'infimum des longueurs des courbes fermées non contractiles; le \emph{rapport systolique} est le quotient $(\mathrm{systole})^n/\mathrm{volume}$. Un résultat fondamental de Gromov assure que si $M^n$ est essentielle, il existe une constante $c(M)$ strictement positive telle que, pour toute métrique $g$ sur $M^n$: $Vol(M,g) \geq c(M) Sys(M,g)^n$. Les surfaces compactes autres que $S^2$ sont essentielles, et le théorème de Gromov est une généralisation profonde des mêmes résultats pour le tore $T^2$ (C. Loewner), pour le plan projectif (M. Pu) et pour la bouteille de Klein (C. Bavard). Pour ces variétés la constante $c(M)$ est bien connu mais en dimension supérieure, on ne connait pratiquement rien en dehors de l'existence de cette constante. Nous nous intéressons aux variétés de Bieberbach de dimension 3, c'est à dire aux variétés compactes de dimension 3 qui portent une métrique riemannienne plate, qui ne sont pas des tores et démontrons que les métriques plates ne sont pas optimales pour le rapport systolique.

Cette thèse étudie certaines inégalités isopérimétriques globales sur les graphes métriques et les variétés riemanniennes. Tout d'abord, nous établissons pour un graphe métrique une inégalité isopérimétrique entre l'entropie volumique et la systole, puis étudions la géométrie de la boule unité de la norme stable en fonction de la combinatoire du graphe. Nous poursuivons en montrant que, pour une variété riemannienne fermée (M,g) de dimension au moins trois et de premier nombre de Betti non nul, une large classe de polytopes apparaît comme boule unité de la norme stable d'une métrique dans la classe conforme de g. Nous exhibons ensuite une borne supérieure de la constante systolique de la somme connexe de n exemplaires d'une variété M, montrant ainsi que la croissance de la constante systolique en fonction de n est toujours plus lente que la croissance linéaire. Enfin, nous démontrons une inégalité entre la systole, la longueur du lacet systolique et le diamètre d'une variété riemannienne simplement connexe dont le second groupe homotopique est non trivial.

La topologie, c’est-à-dire l’étude qualitative des formes et des espaces, constitue un domaine classique des mathématiques depuis plus d’un siècle, mais il n’est apparu que récemment que pour de nombreuses applications, il est important de pouvoir calculer informatiquement les propriétés topologiques d’un objet. Ce point de vue est la base de la topologie algorithmique, un domaine très actif à l’interface des mathématiques et de l’informatique auquel ce travail se rattache. Les trois contributions de cette thèse concernent le développement et l’étude d’algorithmes topologiques pour calculer des décompositions et des déformations d’objets de basse dimension, comme des graphes, des surfaces ou des 3-variétés. Le premier problème auquel nous nous attaquons traite de déformations : comment peut-on tester si deux graphes dessinés sur une même surface sont isotopes, c’est-à-dire si l’on peut déformer continûment l’un en l’autre ? Ce type de question est relié à des problèmes pratiques que l’on rencontre par exemple dans les systèmes d’information géographique ou les métamorphoses (morphings). En nous appuyant sur des concepts de géométrie hyperbolique et de la théorie des mapping class groups, nous établissons d’abord un critère combinatoire pour caractériser l’isotopie, ce qui reprouve et améliore un résultat de Ladegaillerie de 1984. Ensuite, en combinant ceci avec des algorithmes antérieurs pour tester l’homotopie de courbes, nous fournissons des algorithmes efficaces pour résoudre ce problème d’isotopie de graphes. Nous déplaçons ensuite notre étude vers des problèmes de décompositions, en nous intéressant à la découpe de surfaces le long de courbes ou de graphes respectant certaines propriétés topologiques, ce qui est une routine importante en algorithmique des graphes ou en infographie, parmi d’autres domaines. En établissant une forte connexion avec le cas continu, ainsi qu’en étudiant un modèle discret de surfaces aléatoires, nous améliorons les meilleures bornes connues pour plusieurs schémas de découpe. Cela prouve en particulier une conjecture de Przytycka et Przytycki datant de 1993, et fournit également un nouvel algorithme pour calculer des décompositions en pantalons courtes. Enfin, nous montons d’une dimension, où les meilleurs algorithmes connus pour de nombreux problèmes topologiques (comme le célèbre problème du noeud) sont exponentiels. La plupart de ces algorithmes reposent sur les surfaces normales, un objet omniprésent pour étudier les surfaces plongées dans une 3-variété. Nous étudions une relaxation naturelle de cette notion, les surfaces normales immergées, dont la meilleure structure algébrique en fait de bons candidats pour obtenir des algorithmes polynomiaux pour des problèmes topologiques. Dans ce travail, nous montrons qu’utiliser des surfaces normales immergées mène naturellement à un problème de détection de singularités, et nous prouvons que celui-ci est NP-dur ; c’est un résultat notable car l’on dispose de très peu de preuves de difficulté en topologie en 3 dimensions. Notre réduction s’appuie sur une connexion avec une classe restreinte de problèmes de satisfaction de contraintes qui a été partiellement classifiée par Feder
Topology is the area of mathematics investigating the qualitative properties of shapes and spaces. Although it has been a classical field of study for more than a century, it only appeared recently that being able to compute the topological features of various spaces might be of great value for many applications. This idea forms the core of the blossoming field of computational topology, to which this work belongs. The three contributions of this thesis deal with the development and the study of topological algorithms to compute deformations and decompositions of low-dimensional objects, such as graphs, surfaces or 3-manifolds. The first question we tackle concerns deformations: how can one test whether two graphs embedded on the same surface are isotopic, i. E. , whether one can be deformed continuously into the other? This kind of problems is relevant to practical problems arising with morphings or geographic information systems, for example. Relying on hyperbolic geometry and ideas from the theory of mapping class groups, we first establish a combinatorial criterion to characterize isotopy, reproving and strengthening a result of Ladegaillerie (1984). Combined with earlier algorithms on the homotopy of curves, this allows us in turn to provide efficient algorithms to solve this graph isotopy problem. We then shift our focus to decompositions, by investigating how to cut surfaces along curves or graphs with prescribed topological properties, which is an important routine in graph algorithms or computer graphics, amongst others domains. By establishing a strong connection with the continuous setting, as well as studying a discrete model for random surfaces, we improve the best known bounds for several instances of this problem. In particular, this proves a conjecture of Przytycka and Przytycki from 1993, and one of our new bounds readily translates into an algorithm to compute short pants decompositions. Finally, we move up one dimension, where the best known algorithms for many topological problems, like for example unknot recognition, are exponential. Most of these algorithms rely on normal surfaces, a ubiquitous tool to study the surfaces embedded in a 3-manifold. We investigate a relaxation of this notion called immersed normal surfaces, whose more convenient algebraic structure makes them good candidates to solve topological problems in polynomial time. We show that when working with immersed normal surfaces, a natural problem on the detection of singularities arises, and we prove it to be NP-hard – this is noteworthy as hardness results are very scarce in 3-dimensional topology. Our reduction works by establishing a connection with a restricted class of constraint satisfaction problems which has been partially classified by Feder