一类多时滞Lotka—Volterra模型的稳定性研究

时间:2022-03-22 11:01:53 公文范文 浏览次数:

zoޛ)j馒F[^F[^5饨ky文章编号:1000-5617(2015)03-0015-04

引言

20世纪70年代以来,生物数学获得了相当人的发展.在此过程中,人口模型在生态学的许多领域已经被广泛的提出并且研究,例如,Lotka和Volterra提出的一种广泛应用的模型。

(1)在lotka-Volterra模型不断发展和完善的进程中,它已经涉及到生物、物理、经济等众多科学的领域,其作用也越来越重要.众所周知,对于动力系统,特别是在生态学中所建立的动力系统模型,要想更加准确的描述或者预测生物种群的未来发展趋势,考虑此时状态与它的前一段时间的状态之间的关系是十分必要的,换句话说,时滞起着非常重要的作用.时滞能够导致平衡点稳定性的改变.而且也能够引起各种振荡和周期解.为了反映依赖于系统过去时间点的模型的动态行为,有必要把时滞加到模型当中在(l)中没有考虑系统的时滞效应.对于这种情况,有作者在文献的基础上,研究了加入时滞后所构成新的时滞环状模型。

(2)模型(2)反映了在一个确定的环境中,三个不同种群之间相互影响、相互制约的关系,x(t)、y(t)、z(t)分别代表三个种群在时间t时刻的种群数量.一个种群的变化速率,不仅受到种群自身数量的影响,还要受到另外一个种群数量的影响.T1,T2,T3分别是具有实际意义的滞量,例如,x(t)所代表的种群的增长率是与y(t)所代表的种群在(t-T2)时刻的数量有关.参数a,b>0.该文通过对模型(2)线性化系统特征根分布的讨论,研究了滞量对模型正平衡点稳定性的影响,并进行了数值模拟.

1 平衡点的稳定性分析考虑模型(2),根据生物学的实际意义,计算可以得到唯一正平衡点

由此得到模型(2)在平衡点E*(x*,y*8,Z*)处的线性化系统

定理1.1 当T=O并且2a>b时,方程(4)的根都具有负实部.

证明 T=0时f(入)=入3 _3m入2 +3m2入一 3

3m3-n3=0.

定理1.2

证明 方程(4)两边同时对丁求导,得

2 数值模拟

利川MATLAB软件进行数值模拟,取参数a=0.4,b=0.6,此时T(0)=1.3828.取T=O,此时模型(3)的唯一正平衡点(1,1,1)是稳定的,如图和图2.

3 生物学意义及结论

该文在典型的生物模型-Lotka -Volterra模型的基础上,通过加入滞量,构造了 -类新的多时滞的Lotka - Volterra模型.由于考虑了时滞对模型的影响,从而更好的反映了生物种群的演变规律,如图1和图2,当参数丁取0时,模型(3)在正平衡点(1,1,1)处是稳定的,如图3,当参数所取的值满足定理1.3条件(1)时,三个种群的数量最后也都是逐渐趋于稳定的,也就是说三个种群的数量最后都处于了一种平衡稳定的状态.如图4,则说明了三个种群在一段时间内,三个种群的数量是近似呈周期性变化的,并且错位排开.而在图5中,所取的参数发生改变,三个种群出现了同步的近似周期解,那也就是说明,三个种群数量经过一段时间之后是呈同步近似周期性变化的,进而这三个种群所构成的小的生态系统达到了一种平衡状态.

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