Formalisations en Coq pour la décision de problèmes en géométrie algébrique réelle

Coq formalisations for deciding problems in real algebraic geometry

• Auteur / Autrice : Boris Djalal
• Direction : Yves Bertot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 03/12/2018
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Boldo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Boldo, David Monniaux, Alin Bostan, Cyril Cohen, Assia Mahboubi, Marie-Françoise Roy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Boldo, David Monniaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Coq (logiciel)

Polynômes

Corps algébriques

Permutations (mathématiques)

Fractions

Élimination des quantificateurs

Ensembles semi-algébriques

Géométrie algébrique

Formalisme (mathématiques)

Mots clés libres

Coq

Formalisation des mathématiques

Géométrie algébrique réelle

Ensembles semi-algébriques

Fonctions semi-algébriques

Élimination des quantificateurs

Fractions

Substitution

Représentation de Newton des polynômes

Nombres algébriques

Polynômes

Coq

Formalisation of mathematics

Real algebraic geometry

Semi-algebraic sets

Quantifier elimination

Fractions

Substitution

Semi-algebraic functions

Newton power series

Algebraic numbers

Polynomials

Résumé

Un problème de géométrie algébrique réelle s'exprime sous forme d’un système d’équations et d’inéquations polynomiales, dont l’ensemble des solutions est un ensemble semi-algébrique. L'objectif de cette thèse est de montrer comment les algorithmes de ce domaine peuvent être décrits formellement dans le langage du système de preuve Coq.Un premier résultat est la définition formelle et la certification de l’algorithme de transformation de Newton présentée dans la thèse d'A. Bostan. Ce travail fait intervenir non seulement des polynômes, mais également des séries formelles tronquées. Un deuxième résultat est la description d'un type de donnée représentant les ensembles semi-algébriques. Un ensemble semialgébrique est représenté par une formule logique du premier ordre basée sur des comparaisons entre expressions polynomiales multivariées. Pour ce type de données, nous montrons comment obtenir les différentes opérations ensemblistes et allons jusqu'à décrire les fonctions semi-algébriques. Pour toutes ces étapes, nous fournissons des preuves formelles vérifiées à l'aide de Coq. Enfin, nous montrons également comment la continuité des fonctions semi-algébrique peut être décrite, mais sans en fournir une preuve formelle complète.

A real algebraic geometry problem is expressed as a system of polynomial equations and inequalities, and the set of solutions are semi-algebraic sets. The objective of this thesis is to show how the algorithms of this domain can be formally described in the language of the Coq proof system. A first result is the formal definition and certification of the Newton transformation algorithm presented in A. Bostan's thesis. This work involves not only polynomials, but also truncated formal series. A second result is the description of a data type representing semi-algebraic sets. A semi-algebraic set is represented by a first-order logical formula based on comparisons between multivariate polynomial expressions. For this type of data, we show how to obtain the different set operations all the way to describing semialgebraic functions. For all these steps, we provide formal proofs verified with Coq. Finally, we also show how the continuity of semi-algebraic functions can be described, but without providing a fully formalized proof.