不同介质中非局部扩散方程(组)的整解

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非局部扩散方程是一类重要的发展方程,在种群生态学、材料科学、神经网络、流行病学、物理学等众多学科具有广泛的应用背景并引起了许多学者的广泛关注.与经典的局部扩散算子相比,非局部扩散算子在刻画物质扩张空间分布机制方面具有明显的优势.因此非局部扩散方程的传播动力学诸如:渐近传播速度、行波解、整解等引起了许多数学家及生物学家的极大兴趣.特别地,整解(全轨道)的研究对理解无穷维动力系统研究的瞬态动力学和全局吸引子至关重要.本文主要考虑均匀及周期介质中非局部扩散Lotka-Volterra竞争系统及周期介质中非局部扩散双稳方程的整解.首先,研究了均匀介质中非局部扩散Lotka-Volterra竞争系统的整解.通过考虑系统在单物种行波处线性化的特征值问题,构造了系统的一对上下解,并证明了由单物种行波出发的整解的存在性.同时,对这类整解的长时间行为进行了详细的刻画.所得结果包含了弱竞争、强弱竞争及强竞争的情形,并对理论结果进行了数值模拟.进一步,考虑到强竞争系统更复杂的动力学行为,研究了非局部扩散Lotka-Volterra强竞争系统源于多个行波的整解.通过构造合适的上下解,结合相应的比较原理,证明了分别源于三个和四个行波的整解的存在性及定性性质.通过引入非可扩展(终止)序列的定义,得到了源于七个及以上行波的整解的不存在性.其次,讨论了周期介质中非局部扩散双稳方程源于脉冲波(空间周期行波)的整解.为证这类整解的存在性,首先借助隐函数定理证明了小周期脉冲波的存在性,同时给出了脉冲波在±∞处的渐近行为,进而利用上下解方法和比较原理,得到了整解的存在性及定性性质.最后,研究了周期介质中非局部扩散Lotka-Volterra竞争系统不同于脉冲波的整解.在不要求核函数对称的前提下,首先给出了临界速度c*(ξ)和c*(-ξ)之间的关系,其中c*(ξ)和c*(-ξ)分别对应于两个脉冲波在ξ和-ξ方向上传播的最小速度,并得到了脉冲波在接近极限状态时的指数特性.借此性质,通过考虑来自两个相反/相同方向的两种不同脉冲波的相互作用,利用上下解方法和比较原理,证明了几种不同类型的整解的存在性及定性性质,并发现相较于对称的核函数而言,核函数的非对称性对脉冲波的波廓和波速符号有较大的影响,且其性质更加复杂.
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