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一类具有垂直传染和密度制约的SIS模型的性态分析

2011-08-28王彩霞王战伟

关键词:模型

王彩霞,王战伟

(1.华北水利水电学院,河南郑州450011;2.郑州航空工业管理学院,河南郑州450015)

早在1927年,Kermark和Mckendrick就利用动力学方法建立了SIR传染病模型[1].近20年来,国际上传染病动力学研究进展迅速,国内外众多的专家学者建立了大量的传染病数学模型[2-9],对传染病的治疗和预防起到很大的作用.

很多传染病不仅可通过接触传染,而且感染者可能通过遗传传给下一代,如肝炎、肺结核等.以往的研究主要集中在水平传染上,也就是接触传染.为了更准确地了解传染病的性态,文献[6-9]研究了一些具有垂直传染的传染病模型.在传染病的研究中密度制约是不可忽略的因素.

1 传染病模型

在考虑传染病垂直传染的基础上同时考虑密度制约得到模型:

式中:x,y分别为易感者和感染者;d为死亡率;β为水平感染率;r为感染者的治愈率;ax,aθy分别为新增的易感者和感染者,0≤θ≤1反应疾病对生育能力的影响;cx(x+y)和cy(x+y)分别为易感者和感染者的密度制约项.假定所有的参数均为正,由模型的生物意义可知假定合理.

2 主要结果及证明

对于模型(1),假设 N=x+y,有

Γ ={(x,y)∈R2+:x+y < -N}为模型(1)的正不变集.下面所有的分析都是在正不变集Γ内进行.

经计算可得到模型(1)的无病平衡点为E0=(0,0),E1=(x0,0)=((a - d)c-1,0),感染平衡点-E=(-x,-y).为了讨论平衡点的稳定性,下面给出模型(1)的雅克比矩阵

2.1 平衡点E0=(0,0)的稳定性

定理1 平衡点E0=(0,0)总是存在,并且当a <d时,E0=(0,0)是全局渐近稳定的.

证明平衡点E0=(0,0)的存在性由模型(1)易得.为了研究E0的稳定性,直接代入上述雅可比矩阵可得,当且仅当a<d时,E0局……

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