En 1972, Billingsley a démontré que la suite des tailles relatives des facteurs premiers d'un entier aléatoire $N_x$, choisi uniformément dans $\mathbb{N} \cap [1, x]$, converge vers un processus de Poisson--Dirichlet $(V_i)_{i \ge 1}$ de paramètre 1. En 2002, Arratia a construit un couplage entre $N_x$ et $(V_i)_{i \ge 1}$ tel que les tailles des facteurs premiers de $N_x$ soient proches de $(V_i)_{i \ge 1}$ sous la métrique $\ell^1$. Il a en outre conjecturé que ce couplage pouvait être amélioré et a formulé une conjecture sur la distance $\ell^1$ optimale pouvant être atteinte par un tel couplage. Dans la première partie de cette thèse, nous démontrons cette conjecture : il existe un couplage entre $N_x$ et $(V_i)_{i \ge 1}$ tel que, pour tout $x \ge 2$, $\mathbb{E} \sum_{i\ge 1} |\tfrac{\log P_i}{\log x} -V_i| \asymp \frac{1}{\log x},$ où $(P_i)_{i \ge 1}$ est l'unique suite décroissante de nombres premiers ou de uns vérifiant $N_x= \prod_{i\ge 1} P_i$. Nous généralisons également ce couplage au cas où $N_x$ suit une distribution multiplicative appartenant à une certaine classe. La seconde partie de la thèse est consacrée à trois applications de ce couplage. Premièrement, nous établissons une formule asymptotique pour la taille moyenne du diviseur milieu d'un entier. Deuxièmement, nous donnons une formule asymptotique pour le nombre d'entiers $\le x$ ayant un diviseur dans un intervalle donné $(y, z]$, lorsque $\frac{z}{y} \to \infty$ quand $x \to \infty$. Enfin, nous montrons que, lorsqu'on sélectionne aléatoirement une $k$-factorisation d'un entier aléatoire selon une certaine procédure, les tailles des facteurs suivent une loi de Dirichlet, améliorant ainsi un résultat de Leung (2023).

Cette thèse se compose de deux projets. Le premier concerne la structure des fonctions multiplicatives dont les moyennes sont petites. En particulier, dans ce projet, nous établissons le comportement moyen des valeurs \(f(p)\) de \(f\) aux nombres premiers pour des fonctions \(f\) multiplicatives appropriées lorsque leurs sommes partielles \(\sum_{n\leqslant x}f(n)\) sont plus petites que leur borne supérieure triviale par un facteur d′une puissance de \(\log x\). Ce résultat poursuit un travail antérieur de Koukoulopoulos et Soundararajan et il est construit sur des idées provenant du traitement plus soigné de Koukoulopoulos sur le cas special des fonctions multiplicatives bornées. Le deuxième projet de la thèse est inspiré par un analogue d’une estimation que Linnik a déduit dans sa tentative de prouver son célèbre théorème concernant la taille du plus petit nombre premier d’une progression arithmétique. Cette estimation fournit une formule asymptotique fortement uniforme pour les sommes de la fonction de von Mangoldt \(\Lambda\) sur les progressions arithmétiques. Dans la littérature, ses preuves existantes utilisent des informations non triviales sur les zéros des fonctions \(L\) de Dirichlet \(L(\cdot,\chi)\) et le but du deuxième projet est de présenter une approche différente, plus élémentaire qui récupère cette estimation en évitant la “langue” de ces zéros. Pour le développement de cette méthode alternative, nous utilisons des idées qui apparaissent dans le grand crible prétentieux (pretentious large sieve) de Granville, Harper et Soundararajan. De plus, comme dans le cas du premier projet, nous empruntons également des idées du travail de Koukoulopoulos sur la structure des fonctions multiplicatives bornées à petites moyennes.

La conjecture du coureur solitaire est un problème formulé indépendamment par J.M. Wills en (1972) et par Thomas Cusick (1973). Soit ∥·∥ la distance avec les entiers ∥x∥ = mink∈Z(|x − k|) pour pour x ∈ R. La conjecture nous demande si pour un ensemble de n + 1 réels {v1,v2 . . . vn+1} distincts il existe pour tout k ∈ {1,2,3, . . . ,n,n + 1} un temps t ∈ R tel que pour toute autre vitesse vi,i ̸= k on a ∥t(vi − vk)∥ ≥ 1 n+1 . La conjecture a été montrée pour n + 1 ≤ 7, le cas n + 1 = 7 montré en 2007 par Barajas et Serra. Plusieurs auteurs ont écrit à propos de ce sujet. Dans ce mémoire, il sera question d’exposer les différentes techniques qui ont été utilisées pour les cas n + 1 ≤ 7, certains scénarios dans lesquels la conjecture tient ainsi que les efforts pour trouver des meilleures bornes inférieures pour l’écart de solitude.

Un système couvrant est un ensemble fini de progressions arithmétiques avec la propriété que chaque entier appartient à au moins une des progressions. L’étude des systèmes couvrants a été initié par Erdős dans les années 1950, et il posa dans les années qui suivirent plusieurs questions sur ces objets mathématiques. Une de ses questions les plus célèbres est celle du plus petit module : est-ce que le plus petit module de tous les systèmes couvrants avec modules distinct est borné uniformément? En 2015, Hough a montré que la réponse était affirmative, et qu’une borne admissible est 1016. En se basant sur son travail, mais en simplifiant la méthode, Balister, Bollobás, Morris, Sahasrabudhe et Tiba on réduit cette borne a 616, 000. Leur méthode a menée a plusieurs applications supplémentaires. Entre autres, ils ont compté le nombre de système couvrant avec un nombre fixe de module. La première partie de ce mémoire vise a étudier une question similaire. Nous allons essayer de compter le nombre de système couvrant avec un ensemble de module fixé. La technique que nous utiliserons nous mènera vers l’étude des symmétries de système couvrant. Dans la seconde partie, nous répondrons à des variantes du problème du plus petit module. Nous regarderons des bornes sur le plus petit module d’un système couvrant de multiplicité s, c’est-à-dire un système couvrant dans lequel chaque module apparait au plus s fois. Nous utiliserons ensuite ce résultat afin montrer que le plus petit module d’un système couvrant de multiplicité 1 d’une progression arithmétique est borné, ainsi que pour montrer que le n-eme plus petit module dans un système couvrant de multiplicité 1 est borné.

Soit q ⩾ 2 une puissance première fixe. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le comportement asymptotique de la fonction arithmétique Π_q(n,k) comptant le nombre de polynômes moniques de degré n et ayant exactement k facteurs irréductibles (avec multiplicité) sur le corps fini F_q. Warlimont et Car ont montré que l’objet Π_q(n,k) est approximativement distribué de Poisson lorsque 1 ⩽ k ⩽ A log n pour une constante A > 0. Plus tard, Hwang a étudié la fonction Π_q(n,k) pour la gamme complète 1 ⩽ k ⩽ n. Nous allons d’abord démontrer une formule asymptotique pour Π_q(n,k) en utilisant une technique analytique classique développée par Sathe et Selberg. Nous reproduirons ensuite une version simplifiée du résultat de Hwang en utilisant la formule de Sathe-Selberg dans le champ des fonctions. Nous comparons également nos résultats avec ceux analogues existants dans le cas des entiers, où l’on étudie tous les nombres naturels jusqu’à x avec exactement k facteurs premiers. En particulier, nous montrons que le nombre de polynômes moniques croît à un taux étonnamment plus élevé lorsque k est un peu plus grand que logn que ce que l’on pourrait supposer en examinant le cas des entiers. Pour présenter le travail ci-dessus, nous commençons d’abord par la théorie analytique des nombres de base dans le contexte des polynômes. Nous introduisons ensuite les fonctions arithmétiques clés qui jouent un rôle majeur dans notre thèse et discutons brièvement des résultats bien connus concernant leur distribution d’un point de vue probabiliste. Enfin, pour comprendre les résultats clés, nous donnons une discussion assez détaillée sur l’analogue de champ de fonction de la formule de Sathe-Selberg, un outil récemment développé par Porrit et utilisons ensuite cet outil pour prouver les résultats revendiqués.

Le thème de cette thèse est de comprendre la distribution des nombres premiers, qui est un sujet central de la théorie analytique des nombres. Plus précisément, nous allons prouver des théorèmes de type Bombieri-Vinogradov pour les nombres premiers avec un chiffre manquant dans leur développement b-adique pour un grand entier positif b. La preuve est basée sur la méthode du cercle, qui repose sur la structure de Fourier des entiers avec un chiffre manquant et les sommes exponentielles sur les nombres premiers dans les progressions arithmétiques. En combinant nos résultats avec le crible semi-linéaire, nous obtenons une borne supérieure et une borne inférieure avec le bon ordre de grandeur pour le nombre de nombres premiers de la forme p=1+m^2 + n^2 avec un chiffre manquant dans une grande base impaire b.

Sous l’hypothèse de Riemann généralisée et l’hypothèse d’indépendance linéaire, Rubinstein et Sarnak ont prouvé que les valeurs de x > 1 pour lesquelles nous avons plus de nombres premiers de la forme 4n + 3 que de nombres premiers de la forme 4n + 1 en dessous de x ont une densité logarithmique d’environ 99,59%. En général, l’étude de la différence #{p < x : p dans A} − #{p < x : p dans B} pour deux sous-ensembles de nombres premiers A et B s’appelle la course entre les nombres premiers de A et de B. Dans ce mémoire, nous cherchons ultimement à analyser d’un point de vue numérique et statistique la course entre les nombres premiers p tels que 2p + 1 est aussi premier (aussi appelés nombres premiers de Sophie Germain) et les nombres premiers p tels que 2p − 1 est aussi premier. Pour ce faire, nous présentons au préalable l’analyse de Rubinstein et Sarnak pour pouvoir repérer d’où vient le biais dans la course entre les nombres premiers 1 (mod 4) et les nombres premiers 3 (mod 4) et émettons une conjecture sur la distribution des nombres premiers de Sophie Germain.

Cette thèse traite d’un sujet central de la théorie analytique des nombres, notamment celui des caractères de Dirichlet et plus particulièrememt, celui des sommes de caractères. Plus précisément, on y développe un résultat concernant la valeur maximale pouvant être atteinte par une longue somme de caractère. Chemin faisant, nous serons amenés à investiguer la structure de réseaux et nous en soutirerons un résultat intéressant. Dans le Chapitre 1 sont discutées les notions et techniques nécessaires à l’élaboration de la preuve du résultat principal. On y discutera des notions d’analyse harmonique, de techniques classiques de théorique des nombres et l’on fera finalement un survol des nombres friables. Le Chapitre 2 introduira la théorie propre aux caractères de Dirichlet et aux sommes de caractères. Les propriétés de bases et les théorèmes classiques seront couverts ainsi qu’un aperçu des résultats récents qui touchent de près au sujet principal de cette thèse. On donnera au Chapitre 3 un premier résultat qui fera diverger la thèse dans le domaine des réseaux. Il s’agit d’un résultat auxiliaire au résultat principal, mais qui offre un intérêt indépendant aux sommes de caractères. Il sera question de l’ordre de grandeur des multiples d’un vecteur choisi dans un réseau, lorsque les multiplicateurs sont dans certaines classes de congruences. Le Chapitre 4 servira de lien entre les réseaux et les caractères et on y appliquera les théorème démontrés au Chapitre 3. Les résultats sur les caractères qui en découlerons serons les éléments clés pour la preuve du théorème principal. Au chapitre 5, nous dériverons quelques estimés préliminaires qui seront nécessaires à la preuve du théorème principal. En particulier, le chapitre sera divisé en deux sectioncs; l’une traitant de sommes exponentielles, l’autre de nombre friables. Finalement, le Chapitre 6 constitura le point culminant de cette thèse et servira à démontrer le résultat principal sur les sommes de caractères. Nous y prouverons une borne inférieur sur le maximum pouvant être atteinte par un caractère parmi les caractères modulo un nombre premier q.

Le but de ce mémoire est de comprendre le théorème de Linnik. Il nous donne une borne supérieure pour le premier nombre premier dans une progression arithmétique. Nous allons analyser et comparer deux méthodes distinctes: la classique et la prétentieuse. La première est basée sur les zéros des fonctions L de Dirichlet. La seconde méthode repose sur le théorème de Halasz ainsi que sur la distance entre deux fonctions. Cette approche a été développée par Granville et Soundarajan.

Dans le premier chapitre de cette thèse, nous passons en revue les outils de la théorie analytique des nombres qui seront utiles pour la suite. Nous faisons aussi un survol des entiers y−friables, c’est-à-dire des entiers dont chaque facteur premier est plus petit ou égal à y. Au deuxième chapitre, nous présenterons des problèmes classiques de la théorie des nombres probabiliste et donnerons un bref historique d’une classe de fonctions arithmétiques sur un espace probabilisé. Le problème de Erdos sur la table de multiplication demande quel est le nombre d’entiers distincts apparaissant dans la table de multiplication N × N. L’ordre de grandeur de cette quantité a été déterminé par Kevin Ford (2008). Dans le chapitre 3 de cette thèse, nous étudions le nombre d’ensembles y−friables de la table de multiplication N × N. Plus concrètement, nous nous concentrons sur le changement du comportement de la fonction A(x, y) par rapport au domaine de y, où A(x, y) est une fonction qui compte le nombre d’entiers y− friables distincts et inférieurs à x qui peuvent être représentés comme le produit de deux entiers y− friables inférieurs à p x. Dans le quatrième chapitre, nous prouvons un théorème de Erdos-Kac modifié pour l’ensemble des entiers y− friables. Si !(n) est le nombre de facteurs premiers distincts de n, nous prouvons que la distribution de !(n) est gaussienne pour un certain domaine de y en utilisant la méthode des moments.

Selon la philosophie de Katz et Sarnak, la distribution des zéros des fonctions $L$ est prédite par le comportement des valeurs propres de matrices aléatoires. En particulier, le comportement des zéros près du point central révèle le type de symétrie de la famille de fonctions $L$. Une fois la symétrie identifiée, la philosophie de Katz et Sarnak conjecture que plusieurs statistiques associées aux zéros seront modélisées par les valeurs propres de matrices aléatoires du groupe correspondant. Ce mémoire étudiera la distribution des zéros près du point central de la famille des courbes elliptiques sur $\mathbb{Q}[i]$. Brumer a effectué ces calculs en 1992 sur la famille de courbes elliptiques sur $\mathbb{Q}$. Les nouvelles problématiques reliées à la généralisation de ses travaux vers un corps de nombres seront mises en évidence