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具有阶段结构的多时滞SIR扩散模型的稳定性

2013-12-13翁佩萱

华南师范大学学报(自然科学版) 2013年2期
关键词:模型系统

吴 敏,翁佩萱

(华南师范大学数学科学学院,广东广州510631)

全世界每年都有成千上万的人们遭受着传染病所带来的痛苦,故传染病模型的研究得到广泛的关注[1]. 生态模型的建立和对其稳定性的研究[2]有助于控制传染病的传播. 1927年,KERMACK 和MCKENDRICK[3]建立了第一个传染病模型(简称KM 模型),此后许多学者陆续引进SIS、SIR、SIRS等模型来描述不同种类型的传染病[4-6],其中SIR传染病模型是一类重要的人口模型,并得到广泛的关注[7]. 另一方面,个体由于年龄阶段不同,会产生相应的一些与年龄阶段相关的疾病,因此关于具有阶段结构的模型研究的相关文献也有很多[8].

2002年,XIAO 等[9]提出了一个阶段结构的SIR 模型并研究其动力行为. 他们将种群划分为成年和未成年两个阶段,并假设成年人口不染病,疾病只在未成年人口间传播,实际上,例如麻疹、腮腺炎、水痘和猩红热等疾病就只在未成年人中传播.他们研究的具体模型如下:

其中S(t)、Ⅰ(t)和R(t)分别表示未成年的易感类、染病类和具有免疫力的恢复类的人口密度,y(t)表示成年的人口密度. 假设方程中所有系数均为正常数,α 表示未成年人口的出生率,β (0 <β <1)表示新出生个体中具有终生免疫力的概率,(1-β)表示新出生个体中易感类的概率,b1表示易感类转变成染病类的转化率,b2表示染病类转变成恢复类的转化率,τ表示未成年个体的成熟期,r1、r2和r3分别表示易感类、染病类和恢复类的死亡率,由生物意义知r2≥r1. 最后,假设成年人口的死亡与成年人口数的平方成……

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