一类具有时滞的分数阶SIS 模型的稳定性分析
2020-12-21蒲武军
蒲武军
近年来,随着计算机技术的不断发展,分数阶计算引起了许多学者的关注,并已经成功应用到许多工程技术领域[1-2],特别是许多应用数学工作者正在用分数阶计算模拟现实过程[3-5].HETHCOTE 讨论了一类经典的传染病模型[6].CHEN 讨论了该模型格动力系统行波解的存在性[7].郑义讨论了该模型在分数阶导数意义下各类平衡点的稳定性[8].然而,传染病有一定的潜伏期.如新冠肺炎部分个体潜伏期达14 天之久.因此,讨论具有时滞的分数阶传染病模型具有十分重要的意义[9-10].基于此,本文考虑如下具有时滞的分数阶传染病模型.

其中:α(0<α≤1)是方程(1)的阶数,S(t),I(t)分别表示易感者和感染者在时刻t时占总人口的比例,β称为日接触率,μ表示单位时间内人口的常数输入率,γ表示疾病的恢复率,τ表示疾病的潜伏期.
1 预备知识
定义1[11]设α∈R+,函数f(x) ∈L1(0,t),t>0,则 函数f(x)的α阶Riemann-Liouville 分数阶积分定义为:

定 义2[11]函 数f(x) 的α∈(n- 1,n) 阶Caputo 分数阶导数定义为:

引理1[12]考虑下面具有Caputo 分数阶导数的非线性微分方程

其中:α∈(0,1],X(t) ∈Rn,则系统(4)的特征方程为|sαE-A|= 0.A为函数f(X(t))在系统(4)的平衡点处的雅可比矩阵.若特征方程限制在-π<arg(s) ≤π 内的所有特征根均具有负实部,则系统(4)的零解局部渐近稳定.特别地,令sα=λ,则上式变为|λE-A|= 0.此时系统(4)的平衡点局部渐近稳定的充要条件为
引理2[13]考虑下面具有Caputo 分数阶导数的非线性时滞微分方程

其中:α∈(0,1],X(t) ∈Rn,τ≥0,则系统(5)的 特 征 方 程 为|sαE-A-Be-sτ|= 0.A,B分别为函数平衡点f(X(t))和g(X(t))在系统(5)的平衡点处的雅可比矩阵.若特征方程限制在-π<arg(s) ≤π 内的所有特征根均具有负实部……
