一类三种群反应扩散模型的定性分析及最优控制

被引量 : 0次 | 上传用户:bosigai
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在反映客观世界运动过程量与量之间的关系中,大量存在满足微分方程关系式的数学模型,且微分方程作为研究生态系统所需的重要工具,不仅可以描述单个种群内部之间的作用关系,也可以描述多个种群之间的捕食、竞争和互惠等相互作用关系。本文主要在Neumann边界条件下,对一类具有竞争-竞争-捕食关系的三种群反应扩散模型作了以下定性分析。首先,给出该模型常数解的存在性和稳定性。通过求解代数方程得到该模型平凡解、弱半平凡解、强半平凡解的存在性条件,特别地,得出了在一定条件下,该模型正常数解的唯一存在性。利用Lyapunov第一方法,判断出五个常数解在ODE系统和PDE系统下都不稳定;在一定条件下,强半平凡解5E在ODE系统下局部渐近稳定,在PDE系统下不稳定,即由于种群扩散导致系统失稳而形成了新的空间模式,产生了Turing不稳定性;一定条件下的强半平凡解6E在ODE系统和PDE系统下都局部渐近稳定,在其相反条件下,都不稳定。对唯一的正常数解,一方面,给出了其局部渐近稳定性;另一方面,运用Lyapunov第二方法构造V函数,通过判断其全导数的正负得出了唯一存在的正常数解在ODE系统下的全局稳定性。其次,建立该模型对应的非常数正平衡态解的存在性。利用最大值原理和Harnack不等式给出正解的先验估计,并利用Poincaré相关不等式给出非常数正平衡态解的不存在性条件,同时,运用Leray-Schauder度理论通过计算不动点指数证明了非常数正平衡态解的存在性。再次,给出时滞系统Hopf分支的存在性。由于生物种群的发展不完全依赖于当前的状态,还依赖于此前的某一时刻或者某一时间段的状态,所以对该模型的ODE系统加入时滞项进行讨论。利用比较定理给出时滞系统解的有界性和一致持久性。以时滞为参数,给出发自两个强半平凡解的Hopf分支的临界点0?.结果表明时滞会对平衡点的稳定性产生影响,当时滞参数超过某一临界值时,平衡点的稳定性会发生变化,且在该临界值处发生分支现象。最后,给出加入捕获项后的最优控制策略。在该模型对应的ODE系统中加入单种群及两种群捕获项,与经济理论相结合,利用Pontryagin极大值原理得出模型的最优控制策略。结果表明,当贴现率无限大时,收益趋于零;相反,当贴现率为零时,收益达到最大。生物数学模型为研究生物现象提供了便利,模型的相关性质即可解释和预测一些种群行为,从而达到趋利避害的目的。同时,结合生物数学理论和经济知识理论,在种群发展过程中实施人为干预,使生态资源得到合理的利用和开发,以期在保证生态系统和谐发展的情况下,最大程度上实现经济效益,这些对生物种群和人类的发展都有着不可替代的作用。
其他文献
<正> 第二十三届香港电影金像奖提名名单在2月12日下午1点30分在香港由曾志伟、陈小春、叶童揭晓。根据影 片的提名项目来看:《大块头有大智慧》有13项提名,《无间道2》有12
简述了可再生能源建筑应用能效测评的意义,介绍了能效测评的内容及方法,开展了太阳能热水系统建筑应用项目能效测评数据的分析研究。通过案例分析及数据对比,提出太阳能热水
在经济全球化和区域经济一体化加速发展的世界经济大背景之下,亚太地区的区域经济合作呈现出了日益复杂的局面,APEC不断陷入困境和停滞之中,部门提前自由化的失败以及对金融危机
我们采用光学显微镜,扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)三者对比的观察方法,研究中药"散结片"对小鼠移植性肝癌细胞形态超微结构的影响及抗癌机理。结果表明,中药散
2005年11月21日,中央电视台“新闻调查”栏目播出《天价住院费》节目,引发强烈社会反响。
利率市场化是我国金融改革的重要一环。我国利率市场化改革始于1996年,基本遵循了渐进改革的路径。2012年6月8日与7月6日,央行连续两次调整放宽存贷款基准利率浮动区间,并且在其
"定向·自主·指导"教学模式起于思品学科,实践、完善和发展也得力于思品学科。本文向大家介绍了该教学模式的理论依据和基本内涵,重点阐述了在思品学科中实践应用情况和实施
<正>1[夜访吸血鬼]Inter—view wRh the Vam—pire 分级:R 期数:/ 点评:这部吸血鬼电影中的人物可以用太多的“最”来形容,最善良的吸血鬼、最英俊的吸血鬼、最帅气的吸血鬼
期刊
【目的】探讨神经科住院患者医院感染的危险因素,了解其发病率水平、病原菌分布及其耐药性。【方法】在2012年3月1日-2012年12月31日期间内,对住院时间≥48h的神经科新住院患者
在影视作品中,"黑色幽默"都是一种极为常见的艺术表现形式,是通过讽刺、荒诞、具有颠覆意义的"绝望的幽默"来表现作品的内容和思想主题。影片《上帝保佑美国》中,导演博卡·