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一类具有负交叉扩散的SIS 传染病模型的Turing 稳定性

2021-03-22陈清婉柳文清

关键词:扩散系数模型

陈清婉,柳文清

(闽南科技学院 通识教育学院,福建 泉州362300)

当前新冠肺炎病毒在全球大面积传播,深入研究传染病的传播机制,具有非常重要的现实意义。许多学者利用动力学原理建立了多种传染病数学模型,并取得了很好的研究成果[1-5]。近来,一类总人口满足Logistic 增长以及受心理作用影响的SIS 传染病模型受到关注[6-9],文[6]建立了一类SIR 传染病模型如下

其中:S,I,R 分别是t 时刻易感者,染病者和恢复者的数量,N=S+I+R 为总人口数,b 表示自然增长率,d 表示自然死亡率,r=b-d 为内禀增长率,K 表示环境容纳量;μ 表示恢复率和治愈率的和;v 为获得的终身免疫率;β 表示潜伏者和染病者的有效接触率;参数α(0 <α <1)表示心理作用系数,即传染病发生时人们采取了相应的预防措施,从而影响疾病的发生。

文[7]则研究了一类SIS 传染病模型

其中:(x,t)∈Ω×(0,T);d11,d22>0 表示自扩散系数,它是由空间分布不均匀引起的扩散,d12>0,d21>0表示交叉扩散系数。传染病模型带正的交叉扩散系数,表示人群总是从另一人群的高密度区域向低密度区域移动,表现为染病者远离易感者的现象;而传染病模型带负的交叉扩散系数,表示人群从低密度区域向高密度区域移动,表现为染病者向易感者移动的现象。更多的交错扩散模型的研究可参看文献[10-15]。

容易得到,模型(3)与模型(2)有相同的常数平衡点,将模型(2)中的两个方程相加可得

本文将讨论由负交叉扩散系数引起的Turing失稳。在阈值R0≤1 条件下,负交叉扩散系数较小时,无病平衡点局部渐近稳定,负交叉扩散系数较大时,无病平衡点不稳定;……

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