Nancy-Metz number theory seminar

Soient $\mathcal{A}$ un ensemble fini d’entiers naturels non-nuls et $y \geq 1$. Nous donnons une minoration effective du cardinal de l’ensemble $\{n\in\mathcal{A} ; p|n \Rightarrow p \leq y\}$ sous la condition d’une bonne connaissance du niveau de répartition de l’ensemble $\mathcal{A}$. Quelques conséquences seront ensuite abordées, dont une application aux valeurs friables de polynômes ou de formes binaires à coefficients entiers, puis une application aux entiers friables voisins.

Soit $\pi(x)$ le nombre de nombres premiers dans l’intervalle $[1,x]$. Nous savons depuis Euclide que $\pi(x)$ tend vers l’infini, mais à quelle vitesse ?  La réponse à cette question fut obtenue pour la première fois en 1896 par Jacques Hadamard et Charles-Jean de la Vallée Poussin qui démontrèrent, de manière indépendante, le théorème des nombres premiers: \[\pi(x)\sim \frac{x}{\log x}\quad(x\to \infty).\]
La démonstration de Hadamard et La Vallée Poussin utilise principalement les propriétés de la fonction zêta de Riemann et donc l’analyse complexe. Ce n’est qu’en 1949 qu’Erdős et Selberg publièrent indépendamment la première démonstration élémentaire (utilisant uniquement l’analyse réelle) du théorème des nombres premiers. Dans cet exposé, nous présenterons le développement historique des démonstrations élémentaires du théorème des nombres premiers puis nous donnerons une version effective du théorème des nombres premiers de Lu qui, à ce jour, donne le meilleur terme d’erreur en utilisant des méthodes élémentaires.

La notion de fonction puissance d’un nombre entier, introduite par Mazur (2000) fait intervenir le noyau (ou radical) d’un entier. Cette fonction lui  permet de définir une généralisation des puissances (“powered numbers”). Après avoir rappelé des résultats récents sur le noyau d’un entier, nous présenterons des résultats nouveaux sur la fonction de répartition des puissances généralisées, ainsi que sur un problème additif concernant la représentation d’un entier comme somme de puissances généralisées. Ce travail a été réalisé en collaboration avec J. Brüdern.

Dans un travail récent avec Sandro Bettin (Gênes) nous étudions dans un cadre général les applications $f:{\mathbb Q}\to{\mathbb C}$ qui satisfont des relations fonctionnelles du type suivant: pour tout $\gamma \in{\rm SL}(2,{\mathbb Z})$, la différence $h_{\gamma}(x) := f(\gamma x) – |cx + d|^{-k} f(x)$ est régulière en un certain sens. Ici $k$ est un nombre complexe. Les exemples naturels incluent notamment les intégrales d’Eichler de formes modulaires ou de formes de Maass, ou encore des sommes de cotangentes.
On s’intéressera plus particulièrement au cas $k\neq 0$, et à l’existence de fonctions limites permettant de prédire la répartition des valeurs prises par f sur des rationnels dont le dénominateur tend vers l’infini.

A lattice point $P\in\mathbb{Z}^k$ $(k\geq 2)$ is said to be visible if there is no other lattice point lying on the line segment joining $P$ and the origin. We study the distribution of generalized visible points (along curves) in random walk paths on $\mathbb{Z}^k$. This a joint work with Meijie Lu and Xianchang Meng.

Bourgain (2015) a estimé le nombre de nombres premiers avec une
proportion positive de chiffres préassignés en base 2. Nous
rappellerons tout d’abord une généralisation de ce résultat à toute
base $g\geq 2$. Nous présenterons ensuite un résultat plus récent pour
l’ensemble des carrés. Plus précisément, pour toute base $g\geq 2$,
nous obtenons une formule asymptotique pour le nombre de carrés avec
une proportion $c>0$ (explicite) de chiffres préassignés.

Notre preuve suit principalement la stratégie développée par Bourgain
pour les nombres premiers en base 2, avec de nouvelles difficultés
pour les carrés. Elle est fondée sur la méthode du cercle et combine
des techniques d’analyse harmonique avec les propriétés arithmétiques
des carrés et des majorations des sommes de Weyl quadratiques.

Soit $\varepsilon >0$. Soit $f$ une fonction multiplicative de Steinhaus ou Rademacher. Dans cet exposé nous montrons que presque sûrement
$$ \sum_{n \leqslant x} f(n) \ll \sqrt{x} (\log_2 x)^{\frac{1}{4}+ \varepsilon} $$
lorsque $x \to +\infty$. Grâce à la minoration de Harper, cela donne un majorant optimal des fluctuations de la quantité $\sum_{n \leqslant x} f(n)$ lorsque $x$ est très grand.

L’exposé aura pour objectif de présenter une synthèse des méthodes et résultats relatifs aux moyennes friables de fonctions arithmétiques, principalement, mais non exclusivement, multiplicatives. Dans ce cadre, des résultats récents, obtenus en collaboration avec Régis de la Bretèche, sont relatifs à des fonctions oscillantes dont la série de Dirichlet est analytiquement proche d’une puissance réelle négative de la fonction zêta de Riemann. Des applications seront décrites.

En 1853, Tchebychev a remarqué que, pour la plupart des réels $x\geq 2$, il y a une prédominance des nombres premiers $\leq x$ congrus à $3$ modulo $4$ par rapport aux nombres premiers $\leq x$ congrus à $1$ modulo $4$. Depuis, plusieurs généralisations de ce phénomène ont été étudiées, notamment dans le cas des courses de nombres premiers à plusieurs compétiteurs par Y. Lamzouri. Dans cette présentation, j’exposerai des résultats relatifs à la généralisation des travaux de Y. Lamzouri dans le contexte des anneaux de polynômes sur les corps finis. J’évoquerai également des résultats concernant les courses de polynômes irréductibles à 2 compétiteurs. En particulier, je donnerai des exemples de courses de polynômes irréductibles à 2 compétiteurs où les densités s’annulent.

Depuis leur introduction par Borel en 1909, les nombres normaux ont fait l’objet de nombreuses constructions diverses.
Si il n’existe aucune construction simple d’un nombre absolument normal, c’est à dire normal en toute base entière, différentes méthodes algorithmiques existent pour en générer.
Un grande partie du travail que j’ai effectué au cours de ma thèse a consisté en la fusion de deux algorithmes de construction de nombres normaux dans un plus grand ensemble de bases : le premier, par Madritsch, Scheerer et Tichy (2016) construit un nombre normal en toutes bases Pisot et le second, par Becher et Yujhtmann (2017) un nombre normal et toutes bases entières ainsi qu’en base fractions continues. Dans le cadre de cet exposé je présenterai le fonctionnement d’un algorithme de construction d’un nombre normal en bases Pisot et fractions continues, et traiterai de l’impact de la propagations de retenues en bases Pisot.

We prove the following structural result, resembling the Arithmetical Regularity Lemma of B. Green, and Graph Container Theorem in hypergraphs:
Lemma: Let $A_1,A_2,\ldots,A_k\subset\mathbb{F}_p$ be such that $|A_i| \gg p$ for all $i$. Assume that $(A_1 * A_2 * \ldots * A_k)(a) = o(p^{k-1})$ for some $a \in \mathbb{F}_p$.
Then there exist sets $W_1, \ldots, W_k$, which we call wrappers, and sets $Y_1, \ldots, Y_k$, such that:
$(W_1 * W_2 * \ldots * W_k)(b) = o(p^{k-1})$ for some $b \in \mathbb{F}_p$ , $A_i \setminus Y_i \subseteq W_i$ and $|Y_i| = o(p)$ for all $i$, $|W_i|_{\omega} = p^{o(1)}$ for all $i$, where $|\cdot|_{\omega}$ is a Wiener norm.
As a consequence of wrappers having a small Wiener norm, we obtain the following results.
If $A(A+A)$ does not cover all nonzero residues in $\mathbb{F}_p$, then $|A| \leqslant p/8 + o(p)$.
If $A$ is both sum-free and satisfies $A = A^*$, then $|A| \leqslant p/9 + o(p)$.
If $|A| \gg \frac{\log\log{p}}{\sqrt{\log{p}}}p$, then $|A + A^*| \geqslant (1 – o(1))\min(2\sqrt{|A|p},p)$.
Constants 1/8, 1/9, and 2 are optimal.
To obtain this result, we use Croot-Laba-Sisask Lemma and properties of Wiener norms.
This continues the work of A. Balog, K. Benjamin, P.-Y. Bienvenu, K. Broughan, F. Hennecart, B. Murphy, M. Rudnev, I. Shkredov, I. Shparlinski, and E. Yazici.

Among all positional numeration systems, the widely studied Bertrand numeration systems are defined by a simple criterion in terms of their numeration languages. In 1989, Bertrand-Mathis characterized them via representations in a real base $\beta$. However, the given condition turns out to be not necessary. In this talk, I will present a correction of Bertrand-Mathis’ result. The main difference arises when $\beta$ is a simple Parry number, in which case two associated Bertrand numeration systems are derived. Along the way, we define a non-canonical $\beta$-shift and study its properties analogously to those of the usual canonical one.

Dans cet exposé, je présenterai les différents résultats de ma thèse. Ces travaux se situent à l’intersection entre les mathématiques et l’informatique théorique.

Une suite pseudo-aléatoire, bien qu’engendrée par un algorithme déterministe, possède un comportement proche de celui d’une suite aléatoire. Nous nous intéressons à différentes mesures de complexité d’une suite pseudo-aléatoire, qui décrivent le comportement d’une suite aléatoire. De l’autre côté du spectre, les suites automatiques sont des suites profondément non aléatoires. La suite de Thue—Morse et la suite de Rudin—Shapiro sont des célèbres exemples de suites automatiques. Cependant certaines sous-suites des suites automatiques, comme les sous-suites polynomiales, sont bien plus aléatoires.

Dans un premier temps, nous exposerons les résultats des deux premiers articles. Ces deux articles étudient la complexité d’ordre maximal d’une suite, qui quantifie l’imprédictibilité d’une suite par un registre à décalage à rétroaction (FSR). Le premier article répond à une question de Sun et Winterhof (2019) sur la complexité d’ordre maximal de la suite de Thue—Morse le long de tout polynôme unitaire. Nous étudions ensuite le système de numération de Zeckendorf et sa fonction somme des chiffres est une suite morphique non-automatique. La suite de Fibonacci—Thue—Morse est l’analogue à celle de Thue—Morse en base de Zeckendorf. Le deuxième article étudie la complexité d’ordre maximal de cette suite le long de tout polynôme et nous montrons un résultat relativement différent à précédemment.

Ensuite, nous exposerons les résultats du troisième article. Nous nous intéressons à la somme des chiffres binaires des carrés parfaits. Le premier résultat est dans la lignée des travaux de Hare, Laishram et Stoll sur les entiers impairs qui ont le même poids de Hamming que leur carré. Nous résolvons une partie des cas restants de leur étude. Le second résultat porte sur les carrés parfaits de poids 4 et 5 et démontre partiellement une conjecture de Benett, Bugeaud et Mignotte.

La dernière partie de cette thèse porte sur les corrélations d’ordre $k$ de la suite de Rudin—Shapiro. Nous suivons les travaux de Aloui,Mauduit et Mkaouar sur les corrélations de la suite de Thue—Morse le long des premiers et établissons un résultat partiel sur les corrélations de la suite de Rudin—Shapiro le long des premiers.