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具有限时滞种群发展方程的稳定性区域判定

2011-06-19岳锡亭

长春工业大学学报 2011年5期
关键词:区域

王 健,岳锡亭,王 雪

(1.长春工业大学 基础科学学院,吉林 长春 130012;2.吉林农业大学发展学院 基础教研室,吉林 长春 130600)

0 引 言

对于具有有限时滞的种群发展方程

分别在(τ,D)平面,(τ,r)平面以及(r,D)平面来讨论平衡解的稳定性以及稳定区域划分。

1 稳定性区域划分

对于方程式(1),可知其平衡点为N*=k,作代换=N*-k,代入方程式(1),并为方便记,仍用N来表示,有

其线性部分为:

易见式(2)有特征函数eλtcosnx,由此得特征方程[1]:

令λ=ωki,代入式(2),分离实部和虚部,可得方程组:

再由式(4)的第二个方程可知ζk只能在第二象限。

2 考虑3个平面稳定性区域的划分

在n=1的情况下,考虑3个平面稳定性区域的划分。

2.1 在(τ,D)平面的稳定性区域划分[2]在方程

可见h(ζk)为单调递增的函数[3]。

在k=0时,由式(4)第2个方程h(ζ0)=0,可得:

由式(4)第1个方程g(ζ0)=0,可得:

在k≠0的一般情况下,易知:

可见D对τ为增函数。

稳定性的划分:当τ=0时,λ=-D-r<0,在第一条存在纯虚根的曲线C0的左侧所有根都有负实部[4],在Ck上时,此时对λ+D+re-λτ=0两边对τ求导,得:

可知,Ck上的纯虚根±ωi在C0左侧化为负实部的根,右侧化为正实部的根,可以证明C0上其余根都有严格的负实部[3]。

若假设C0上的某点(τ1,D1)处的特征根为σ+ω0i(σ>0),根据根与参数的连续相依性和孤立性,对充分小的正数ε>0,在(τ1-ε,D1)处这个根的实部仍大于零,但与(τ1-ε,D1)位于C0左侧,而C0左侧均化为负实部的根矛盾[6]。所以,C0上除一对纯虚根外,其余根均具有严格的负实部。平衡解在(τ,D)平面的稳定区域如图1所示。

图1 (τ,D)平面的划分

2.2 在(τ,r)平面的稳定性区域划分

在k=0时,由式(4)第1个方程g(ζ0)=0,可得:

由式(4)第2个方程h(ζ0)=0,可得:

在k≠0的一般情况下,易知:

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