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        一類(lèi)具有飽和發(fā)生率和恢復(fù)率的生態(tài)流行病模型

        2020-03-19 06:04:46馮宇星雒志學(xué)胡永亮梁麗宇
        關(guān)鍵詞:特征方程食餌染病

        馮宇星,雒志學(xué),胡永亮,梁麗宇

        (蘭州交通大學(xué) 數(shù)理學(xué)院,蘭州 730070)

        1 模型的建立

        建立具有飽和發(fā)生率、恢復(fù)率和HollingⅡ功能反應(yīng)函數(shù)的生態(tài)流行病模型:

        (1)

        其中:S表示易感食餌;I表示染病食餌;Y表示捕食者;r表示內(nèi)稟增長(zhǎng)率;k表示環(huán)境容納量;β表示傳染率系數(shù);α是抑制系數(shù);γ表示庇護(hù)系數(shù);c1,c2分別表示捕食者對(duì)染病食餌和易感食餌的捕食率系數(shù);d1,d2分別表示染病食餌和捕食者的死亡率;δ表示染病食餌的恢復(fù)率;e(0

        2 系統(tǒng)解的有界性

        證明:定義函數(shù)N(t)

        N(t)=S(t)+I(t)+Y(t).

        該方程沿系統(tǒng)(1)的解關(guān)于時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)是

        即:

        由于

        0d2,

        定義方程

        當(dāng)t>T時(shí),由比較定理得

        3 平衡點(diǎn)的存在性和穩(wěn)定性

        通過(guò)解下面方程組:

        易求得系統(tǒng)(1)有以下平衡點(diǎn):

        定理3.1系統(tǒng)(1)的零平衡點(diǎn)E0不穩(wěn)定.

        證明:系統(tǒng)(1)的線性化系統(tǒng)在點(diǎn)E0處的Jaccobi矩陣為

        對(duì)于零平衡點(diǎn)E0,其Jaccobi矩陣的特征方程為

        (λ-r)(λ+d1+δ)(λ+d2)=0.

        顯然,該特征方程存在兩個(gè)負(fù)實(shí)根和一個(gè)正實(shí)根,故E0是一個(gè)鞍點(diǎn),且不穩(wěn)定.

        證明:系統(tǒng)(1)的線性化系統(tǒng)在邊界平衡點(diǎn)EK處的Jaccobi矩陣為

        對(duì)于邊界平衡點(diǎn)EK,其Jaccobi矩陣的特征方程為

        由此可得特征根為

        當(dāng)R0<1,R1<1時(shí),邊界平衡點(diǎn)EK將局部漸近穩(wěn)定,而當(dāng)R0>1或R1>1時(shí),邊界平衡點(diǎn)EK不穩(wěn)定.

        定理3.3當(dāng)R0<1,R1<1時(shí),邊界平衡點(diǎn)EK全局漸近穩(wěn)定.

        證明:構(gòu)造Liapunov函數(shù)V=eI+Y沿著系統(tǒng)(1)的軌線關(guān)于t求導(dǎo)得

        且系統(tǒng)(1)在E中存在最大的不變集M=E={I=0,Y=0}再由LaSalle不變集原理可知,對(duì)于系統(tǒng)(1)的一切解均有

        證明:模型(1)的線性化系統(tǒng)在點(diǎn)E*處的Jaccobi矩陣為

        對(duì)于無(wú)病平衡點(diǎn)E*,其Jaccobi矩陣的特征方程為

        證明:構(gòu)造Liapunov函數(shù)V=I沿著系統(tǒng)(1)的軌線關(guān)于t求導(dǎo)得

        (2)

        令t=(m+(1-γ)S)τ,則系統(tǒng)(2)化為

        取Dulac函數(shù)B(S,Y)=S-1Yn-1,則有

        現(xiàn)在只需要證明存在實(shí)數(shù)n,使得φ(S,n)≤0即Δ<0,即

        再令

        (λ-a33)(λ2-(a11+a22)λ+a11a22-a12a21)=0,

        下面證明該平衡點(diǎn)的全局漸進(jìn)穩(wěn)定性.

        構(gòu)造Liapunov函數(shù)V=Y沿著系統(tǒng)(1)的軌線關(guān)于t求導(dǎo)得

        (3)

        4 系統(tǒng)的一致續(xù)存

        證明:考慮平均Liapunov函數(shù)V(S,I,Y)=Sα1Iα2Yα3(α1,α2,α3>0)則

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