關于具有二次相關性收獲率的捕食與被捕食系統(tǒng)極限環(huán)的存在性分析

盧克英，竇霽虹，仲文林，李鵬

（西北大學數(shù)學學院，陜西 西安710127）

關于具有二次相關性收獲率的捕食與被捕食系統(tǒng)極限環(huán)的存在性分析

盧克英，竇霽虹，仲文林，李鵬

（西北大學數(shù)學學院，陜西 西安710127）

討論了一類兩種群具有二次相關性收獲率的捕食與被捕食系統(tǒng)，利用常微分定性方法和分支理論，得到了系統(tǒng)平衡點處的性態(tài)和極限環(huán)的存在性條件，并用Matlab軟件對其進行數(shù)值模擬，推廣了相關文獻中兩種群捕食模型定性分析的相應結論.

Poincare切性曲線法；平衡點；Hopf分支；極限環(huán)

1 引言

具有收獲率的捕食與被捕食兩種群模型的一般形式為：

其中h和k是常數(shù).當h和k都為正數(shù)時，表示對食餌、捕食者兩種群的收獲或捕撈；當h和k都為負數(shù)時，表示對食餌、捕食者兩種群的投放；當hk＜0時，表示對食餌、捕食者兩種群中一種群的收獲，另一種群的投放.

對于模型（1），文獻［1-3］僅僅討論了對食餌種群或者是捕食種群具有常收獲率的模型，即h＞0，k=0或h=0，k＞0的特殊情形的定性分析，在此基礎上，討論如下模型：

其中，a0表示食餌種群的內稟增長率，a1x表示食餌種群的密度制約項，a2y表示對食餌的捕食率，h0表示對食餌的捕撈，a0，a2，h0均大于零，a1的符號不定，b0表示捕食種群的增長率，b1y為密度制約項，b2x表示捕食食餌促進自身增長的能力，k0表示對捕食種群的捕撈，b0，b1，b2，k0均大于零.

2 模型解的基本性質

這節(jié)主要考慮模型（4）的解的非負性.

定理2.1模型（4）中滿足初始條件的所有解對t＞0都是有定義的，且是非負的.

3 模型平衡點分析

考慮到實際生態(tài)意義，本節(jié)討論模型（4）的非負平衡點及其性態(tài).

定理3.1若2cc2＞-c3成立，則

定理3.2若滿足2cc2＞-c3且2c2＞c1，則模型（4）的正平衡點O1（x1，y1）是不穩(wěn)定的焦結點.

4 極限環(huán)的存在性

定理4.1在D=｛（x，y）|x＞0，y＞0｝內

定理4.3當c＜0且0＜2c2-c1?1時，模型（4）在O1（x1，y1）外的極限環(huán)至多有一個.若存在，必穩(wěn)定.

附近至少存在一個穩(wěn)定的極限環(huán).

推論4.2是文獻［6］兩種群捕食模型定性分析中的定理3的變形，從而定理4.2推廣了文獻［6］相應的結論.

5 數(shù)值模擬

由于正平衡點理論研究的復雜性，本文利用計算機對其進行數(shù)值模擬.

對模型（2）中的參數(shù)賦值，選取參數(shù)組如下：

等價于模型（4）中參數(shù)的值為：

通過這些賦值，得到模型（4）的唯一正平衡點為O1（0.25，8.8）.

根據前面的分析，將賦值的參數(shù)代入相應的公式及結果，驗證了模型（4）的Hopf分支定理條件的成立.

選取模型初值為（0.1，9.5），應用Matlab數(shù)學軟件，得到如下的結果：從圖1可以清晰的看到食餌與捕食者的數(shù)量圍繞平衡點上下振動，并且有明顯的周期.從圖2可知此模型具有極限環(huán)，并且圖1模擬的結果與圖2吻合.

圖1 x（t），y（t）的波形圖

圖2 x（t），y（t）的相圖

6 結束語

本文主要討論了模型（4）具有二次相關性收獲率的捕食與被捕食模型的定性分析，得出在滿足定理4.2和定理4.3的條件下，模型（4）產生一個穩(wěn)定的極限環(huán)，表明食餌和捕食種群最終會處于穩(wěn)定的振蕩狀態(tài).

本文僅僅考慮了具有二次相關性收獲率的捕食模型，對于食餌與捕食者具有互不相關的收獲率的情形正在進一步的討論中.

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［3］Huang Junhua，Zheng Zhenhan.Quanlitative analysis of a class of developed two-specie predator-prey models［J］.Journal of Guang Xi Academy of Sciences，2007，23（3）：1-14.

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Existence of limit cycle of a predatory-prey system with the harvesting rates of quadratic correlation

Lu Keying，Dou Jihong，Zhong Wenlin，Li Peng

（Department of Mathematics，Northwest University，Xi′an710127，China）

A predatory-prey system with the harvesting rates of quadratic correlation is discussed.Using the qualitative methods of ordinary differential and bifurcation theory to get the conclusions about the state of system equilibrium point，conditions for the existence of limit cycles and carries on the numerical simulation through the software.This paper is a generalization of the related literature about analysis of two species predatory-prey model qualitative.

Poincare cut curve method，equilibrium point，Hopf bifurcation，limit cycle

O175.12

A

1008-5513（2015）04-0414-08

10.3969/j.issn.1008-5513.2015.04.010

2014-12-22.

陜西省教育廳自然科學專項基金（206030001）；研究生自主創(chuàng)新資助項目（YZZ14083）.

盧克英（1990-），碩士生，研究方向：常微分方程定性與穩(wěn)定性.

2010 MSC:34D05，34D20