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Trends in Computational and Applied Mathematics, Volume: 25, Publicado: 2024
  • Desigualdade Variacional da Equação Não-Linear Degenerada de Vibrações da Viga Artigo Original

    FERREIRA, H. S.; PEREIRA, D. C.

    Resumo em Português:

    RESUMO Estudamos neste artigo existência e unicidade de solução fraca global para a inequação variacional não linear degenerada K x , t u " + Δ 2 u + M u 2 - Δ u + u ' ≥ f u 0 = u 0 u ' 0 = u 1 u ⌊ Σ = ∂ u ∂ η ⌊ Σ = 0 em que K(x, t) é uma função definida em Q=Ω×]0,T[,K(x,t)≥0 para todo (x,t)∈Q, M uma função real contínua com propriedades específicas e f pertence a classe de funções L20,T;H01(Ω). Usaremos o Método de Faedo-Galerkin, operador monótono e Compacidade para provar a existência e a unicidade de soluções fracas.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT In this article, we study the existence and uniqueness of a global weak solution for the degenerate nonlinear variational inequality K x , t u " + Δ 2 u + M u 2 - Δ u + u ' ≥ f u 0 = u 0 u ' 0 = u 1 u ⌊ Σ = ∂ u ∂ η ⌊ Σ = 0 where K(x, t) is a function defined on Q=Ω×]0,T[,K(x,t)≥0 para todo (x,t)∈Q, M a continuous real function with specific properties and f belongs to the class of functions L20,T;H01(Ω). We will use the Faedo-Galerkin method, monotone operator and Compactness to prove the existence and uniqueness of weak solutions.
  • Global Stability for SIR Models with Nonlinear Incidence and Removal Functions Original Article

    DÍAZ-MARÍN, H.; OSUNA, O.; VILLAVICENCIO-PULIDO, J. G.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT In this work, we provide some sufficient conditions to study the global asymptotic stability of the endemic equilibrium for certain models in mathematical epidemiology with nonlinear incidence and removal functions. We also present numerical examples in order to illustrate our results.
  • Existência e Comportamento de Funções Média do Semicírculo Artigo Original

    PAROLIN, R. S.; IRALA, G. C.; DARÓS, A.

    Resumo em Português:

    RESUMO Este artigo tem por objetivo explorar soluções que representam relações de dependência entre grandezas geométricas, visando não só determinar associações não usuais entre a geometria e álgebra, como também desenvolver objetos de aprendizagem com Geometria Dinâmica. Neste contexto, analisam-se soluções que relacionam grandezas geométricas do triângulo e do semicírculo, estabelecendo relações entre as médias aritmética, geométrica, harmônica e quadrática, no intuito de compreender as características e propriedades trigonométricas, examinar polinômios e suas raízes, bem como abordar a geometria de forma computacional e dinâmica.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT This paper aims to explore solutions that represent dependency relationships between geometric quantities, aiming not only to determine unusual associations between geometry and algebra, but also to develop learning objects with Dynamic Geometry. In this context, solutions that relate geometric quantities of the triangle and the semicircle are analyzed, establishing relationships between the arithmetic, geometric, harmonic and quadratic means, with the aim of understanding the characteristics and trigonometric properties, examining polynomials and their roots, as well as addressing the geometry in a computational and dynamic way.
  • Algoritmo BVNS Aplicado no Problema de Restauração de Redes de Distribuição de Energia Elétrica, considerando Programa de Resposta da Demanda Artigo Original

    COSSI, A. M.; AFONSO, G. F.

    Resumo em Português:

    RESUMO Neste trabalho é proposto um modelo baseado na técnica de solução BVNS (Basic Variable Neighborhood Search) para solucionar o problema de restauração de sistemas de distribuição de energia elétrica, considerando no modelo a participação de clientes que fazem parte de um programa de resposta à demanda e que podem contribuir no processo de restauração permitindo que uma quantidade de suas cargas seja desligada pela concessionária. O modelo matemático consiste em minimizar o custo de energia não distribuída no sistema devido às seções não restauradas, somado aos custos de remuneração dos clientes que fazem parte do programa de resposta à demanda, sujeito às restrições técnicas, físicas e operacionais de redes de distribuição. Trata-se de um problema de programação não-linear inteira mista em que as propostas de soluções são obtidas através do algoritmo BVNS. A estrutura de vizinhança do algoritmo BVNS é baseada na técnica Representação Nó-profundidade. Nesse processo de restauração, realizado pelo algoritmo BVNS, para cada solução avaliada, caso alguma restrição seja violada, um Algoritmo Genético é processado para realizar cortes de cargas nas seções com clientes que fazem parte do programa de resposta à demanda. Para testar a eficiência do modelo proposto, apresentam-se resultados de testes em um sistema de distribuição de 53 seções.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT In this work, a model based on the BVNS (Basic Variable Neighborhood Search) solution technique is proposed to solve the problem of restoring electrical energy distribution systems, considering in the model the participation of customers who are part of a demand response program and that can contribute to the restoration process allowing a number of its loads to be disconnected by the utility. The mathematical model consists of minimizing the cost of energy not distributed in the system due to unrestored sections, added to the remuneration costs of customers who are part of the demand response program, subject to the technical, physical and operational restrictions of distribution networks. This is a mixed integer nonlinear programming problem in which solution proposals are obtained through the BVNS algorithm. The neighborhood structure of the BVNS algorithm is based on the Node-Depth Representation technique. In this restoration process, carried out by the BVNS algorithm, for each solution evaluated, if any restriction is violated, a Genetic Algorithm is processed to perform load cuts in the sections with customers who are part of the demand response program. To test the efficiency of the proposed model, test results on a 53-section distribution system are presented.
  • Análise e Controle Ótimo da COVID-19 no Brasil usando Modelo Epidemiológico SI Intervalar Artigo Original

    CAMPOS, J. R.; PENA, I. da S.; SILVA, G. N.; LODWICK, W. A.

    Resumo em Português:

    RESUMO O objetivo deste trabalho é fornecer cenários possíveis da evolução da pandemia ocasionada pela COVID-19 a partir da aplicação de estratégias de controle ótimo. Uma vez que os dados sobre o coronavírus SARS-CoV-2 são repletos de incerteza ou mesmo falta de informação, a modelagem matemática intervalar é viável para o estudo de modelos epidemiológicos relacionados à COVID-19. Assim, foi proposto o modelo epidemiológico SI intervalar e o problema de controle ótimo intervalar correspondente. A solução do problema de controle ótimo intervalar ilustra cenários pessimistas e otimistas para a evolução da pandemia no Brasil. Dois critérios de tomada de decisão sob incerteza foram considerados e podem auxiliar os agentes de saúde pública. Ambos os critérios levam em consideração custos associados à tomada de decisão.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The objective of this paper is to provide possible scenarios for the evolution of Coronavirus Disease-19 (COVID-19) from the application of optimal control strategies. Provided that data on the novel coronavirus (SARS-CoV-2) are fraught of uncertainty or even lack of information, interval mathematical models are feasible for the study of epidemiological models related to COVID-19. Thus, the interval SI epidemiological model and the corresponding interval optimal control problem were proposed. The solution of the interval optimal control problem illustrates pessimistic and optimistic scenarios for the evolution of the pandemic in Brazil. Two decision-making criterias under uncertainty have been considered and they can assist the decision making process by public health workers. Both criterias take into account costs associated with the decision-making.
  • An Integrated Control Model (Chemical and Biological) via Fuzzy Linear Programming for Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) Original Article

    SANTOS, P. N.; PEIXOTO, M. S.; CARVALHO, S. M. S.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT This paper proposes an integrated control model that enables the pesticide use according to the prey density and the insertion of the natural enemy, the predators, by fuzzy linear programming.The fall armyworm Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae) is one of the main resistant pests of corn, which can cause damage to the productivity up to 34%. The control is strictly chemical.
  • Power Series Solution for Korteweg-De Vries Equation Original Article

    COSTA, F. S.; SOARES, J. C. A.; ARAUJO, G. L.; SOUSA, M. V. S.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT We apply the similarity method to the Korteweg-de Vries equation, where we obtain a new equation, in terms of similarity variable. We use the power series method, getting the similarity solution, which is exemplified graphically by particular cases.
  • O Problema do Reverso de Temperatura com o Modelo McCormack Artigo Original

    SCHERER, C. S.

    Resumo em Português:

    RESUMO Uma versão analítica do método de ordenadas discretas (ADO) é usada para determinar uma solução precisa e consistente para o problema do Reverso de Temperatura em misturas binárias de gases rarefeitos. As equações cinéticas usadas são baseadas no modelo cinético McCormack. Apresenta-se o desenvolvimento completo de uma solução analítica na variável espacial, além de resultados numéricos para os valores críticos do calor latente para a inversão de sentido do gradiente de temperatura e do fluxo de calor de cada gás nas misturas Neônio-Argônio e Hélio-Xenônio. O algoritmo é considerado simples de ser elaborado e o código desenvolvido (em FORTRAN) requer em torno de um segundo para ser executado em um computador com processador Intel Core i3 - 2.30 GHz.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT An analytical version of the discrete ordinates method (ADO) is used to establish a concise and accurate solution for the Reverse Temperature Gradient problem in rarefied gas binary mixtures. The kinetic equations used are based in the McCormack kinetic model. It presents the complete development of an analytical solution in the spatial variable, in addition to numerical results for the critical values of latent heat for inversion from the direction of the temperature gradient and the heat flux of each gas in the mixtures Neon-Argon and Helium-Xenon. The algorithm is considered simple to elaborate and the code developed (in FORTRAN) requires around the one second to execute in a computer with Intel Core i3 - 2.30 GHz processor.
  • A Mathematical Model to Describe the Melanoma Dynamics under Effects of Macrophage Inhibition and CAR T-cell Therapy Original Article

    RODRIGUES, G.; SILVA, J. G.; SANTURIO, D. S.; MANCERA, P. F. A.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Melanoma is considered one of the most aggressive types of cancer due to its high propensy for metastasis, which significantly reduces survival chances when detected late. Moreover, melanoma ex-hibits strong immunogenic characteristics, complicating its treatment, increasing the need to develop more effective techniques of therapy. In the field of oncology, mathematical modeling enables the analysis and distinction of the various mechanisms involved in tumor progression. This allows the analysis of numerous scenarios, which would be impractical experimentally. The main objective of this study is to develop a mathematical model that describes melanoma dynamics in the presence of Tumor-Associated Macrophages (TAM) and Chimeric Antigen Receptor (CAR) T-cell immunotherapy. The goal is to assess why this therapy often falls short in erradicating solid tumors like melanoma and to understand the role of TAM in this failure. This research encompasses stability analysis of the equilibrium points of the model, sensitivity analysis of its parameters, and the examination of numerical solutions. Our results showed that immunosuppression caused by TAM has a negative impact on the effectiveness of the dose and varying the cytotoxicity of CAR T-cells together with dose. Adjusting CAR T-cell cytotoxicity and treatment dosage may enhance tumor control, with the initial tumor burden playing a crucial role in treatment effectiveness.
  • Gaussian Pulses over Random Topographies for the Linear Euler Equations Original Article

    FLAMARION, M. V.; RIBEIRO-JR, R.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT This study investigates numerically the interaction between a Gaussian pulse and variable topography using the linear Euler equations. The impact of topography variation on the amplitude and behavior of the wave pulse is examined through numerical simulations and statistical analysis. On one hand, we show that for slowly varying topographies, the incoming pulse almost retains its shape, and little energy is transferred to the small reflected waves. On the other hand, we demonstrate that for rapidly varying topographies, the shape of the pulse is destroyed, which is different from previous studies.
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