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This article introduces a full mathematical and numerical framework for treating functional shapes (or fshapes) following the landmarks of shape spaces and shape analysis. Functional shapes can be described as signal functions supported on varying geometrical supports. Analysing variability of fshapes' ensembles require the modelling and quantification of joint variations in geometry and signal, which have been treated separately in previous approaches. Instead, building on the ideas of shape spaces for purely geometrical objects, we propose the extended concept of fshape bundles and define Riemannian metrics for fshape metamorphoses to model geometrico-functional transformations within these bundles. We also generalize previous works on data attachment terms based on the notion of varifolds and demonstrate the utility of these distances. Based on these, we propose variational formulations of the atlas estimation problem on populations of fshapes and prove existence of solutions for the different models. The second part of the article examines the numerical implementation of the models by detailing discrete expressions for the metrics and gradients and proposing an optimization scheme for the atlas estimation problem. We present a few results of the methodology on a synthetic dataset as well as on a population of retinal membranes with thickness maps.
We show that the decay of approximation numbers of compact composition operators on the Dirichlet space $\mathcal{D}$ can be as slow as we wish, which was left open in the cited work. We also prove the optimality of a result of O.~El-Fallah, K.~Kellay, M.~Shabankhah and A.~Youssfi on boundedness on $\mathcal{D}$ of self-maps of the disk all of whose powers are norm-bounded in $\mathcal{D}$.
Motivated by a paper by B.T. Sutcliffe and R.G. Woolley, we present the main ideas used by mathematicians to show the accuracy of the Born-Oppenheimer approximation for molecules. Based on mathematical works on this approximation for molecular bound states, in scattering theory, in resonance theory, and for short time evolution, we give an overview of some rigourous results obtained up to now. We also point out the main difficulties mathematicians are trying to overcome and speculate on further developments. The mathematical approach does not fit exactly to the common use of the approximation in Physics and Chemistry. We criticize the latter and comment on the differences, contributing in this way to the discussion on the Born-Oppenheimer approximation initiated by B.T. Sutcliffe and R.G. Woolley. The paper neither contains mathematical statements nor proofs. Instead we try to make accessible mathematically rigourous results on the subject to researchers in Quantum Chemistry or Physics.
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