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题目:具有时滞的Lotka-Volterra模型的定性分析

关键词:时滞,稳定性,差分方程,Hopf分支,Flip分支

  摘要


本文研究了以下两类模型:一类是具有离散和连续时滞的Lotka-Volterra模型,另一类是具有时滞的差分系统的稳定性及Flip分支问题.主要讨论了这两类模型正平衡态的局部渐近稳定性、Hopf分支的存在性、分支周期解的稳定性、全局渐近稳定性、解的一致持久性以及差分方程解的稳定性和Flip分支问题.
第二章和第三章研究了以下具有离散和分布时滞Lotka-Volterra模型

在第二章中,讨论了模型正平衡态的局部渐近稳定性、Hopf分支存在性、分支周期解的稳定性. 以时滞为参数,根据特征值理论,分别得到正平衡态局部渐近稳定的充要条件和Hopf分支存在的充分条件;根据中心流形定理及规范型理论,讨论了在分支值附近,分支周期解的稳定性问题;用Matlab绘制出模型数值解的图像,包括解的相图和分支周期解图,使文中所得结论的正确性得以验证.结合图形用控制变量的方法,分析和比较了各个参数变化对分支周期解的振幅、周期的影响.
在第三章中,研究了模型正平衡态的全局渐近稳定性和解的一致持久性.利用比较原理,得到系统非负解一致持久的充分条件;通过对原模型的等价系统,构造Lyapunov泛函,得到系统全局渐近稳定的充分条件;最后进行数值模拟,验证了所得结论及条件的可实现性.
很多学者在文献中,均研究了连续模型的性态,如模型平衡点的稳定性和Hopf分支存在性.而有关差分系统的相关研究文献较少,鉴于此,本文在第四章中,引入如下具有时滞的差分系统

由特征值和Jury判据理论,研究了差分系统的局部渐近稳定性和分支问题.且以为扰动参数,得到边界平衡态和正平衡态局部渐近稳定的充要条件和Flip分支存在的充分条件;由中心流形定理和分支理论,得到在分支值附近,分支周期解的稳定性;最后给出实例分析,验证了所得结论的正确性.