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一类约化的 Rosenzweig-MacArthur 随机捕食者-食饵模型的平稳分布

2021-06-08杨亚飞

关键词:定义模型系统

杨亚飞

(西北师范大学 数学与统计学院,甘肃 兰州 730070)

0 引言

捕食者与食饵种群间的相互作用是生态系统的重要组成部分[1]. 自20世纪20年代Lotka和Volterra首次提出Lotka-Volterra模型以来,越来越多的学者通过构建各种模型来研究种群间的相互作用[2-3],其中之一就是下面的Rosenzweig-MacArthur模型

另一方面,功能反应是影响捕食者-食饵模型的重要因素.2013年,Dawes和Souza推导出一个新的三维模型和不同类型的功能反应,包括Holling型功能反应等[4].根据他们的方法和文献[5]的理论,Lax等在文献[6]中提出了下面的模型:

(1)

其中:S代表休息的捕食者;H代表狩猎的捕食者.所有的参数均为正数.

对类似于模型(1)的这种常微分方程模型,它并不能捕捉环境的波动.因此,越来越多的学者将随机干扰项引入捕食者-食饵模型中[7,8].基于此,本文考虑如下随机模型:

(2)

其中:σi(i=1,2,3)表示噪声的强度;Bi(i=1,2,3)是相互独立的标准布朗运动,其定义在带有滤子{Ft}t≥0且满足通常条件的完备概率空间(ω,F,{Ft}t≥0,P)上.

1 预备知识

为便于证明本文的主要结论,令

定义[9]如果函数P(s,x,t+s,A)与s无关,则转移概率密度函数P(s,x,t,A)是时间齐次的(且相应的Markov过程称为是时间齐次的),其中0≤s≤t,x∈Rd,A∈B,B表示Rd中Borel集的σ-代数.

令X(t)是Rd中标准的时间齐次的Markov过程,且满足

dX(t)=F(X(t))dt+G(X(t))dB(t),

(3)

其中F(X(t))和G(X(t))分别是n维向量函数和n×m阶矩阵.

定义算子L和X(t)的扩散矩阵A(x)分别为:

引理1[9]假设X(t)满足(3)且函数V(x(t))∈C2,1(Rn×R,R),则

dV=LV(X(t))dt+VxG(X(t))dB(t),

其中,

引理2[9]假设存在有界开集U∈Rd且U带有正则边界Γ,若满足以下两个条件

(A1):对任意的x∈U,扩散矩阵A(x)是正定的.

(A2):在RdU上,存在非负的C2函数V,使得LV<0.

则Markov过程X(t)存在唯一的平稳分布,且分布具……

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