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.10弱肉强食模型
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1. 问题的提出
在自然界中,像生活在草原上的狼和羊,种群之间捕食与被捕食的关系普遍存在.两个弱肉强食的种群,其发展和演进又会遵循一些什么样的规律呢?
2. 模型假设
以x1(t)、x2(t)表示处于弱肉强食关系中甲、乙二种群在时刻t的数量,
(1) 甲种群只以乙种群为食物资源,a1,b1为两个折算因子,分别表示一个单位数量的甲物种维持其正常生存需占用的资源量、一个单位数量的乙物种为甲种群提供的资源量;甲种群数量的增长率x′1(t)与该种群数量x1(t)成正比,同时也与有闲资源s1(t)成正比.r1表示甲种群的固有增长率;
(2) 乙种群可以独立存在,而可被其直接利用的自然资源有限,设总量为“1”
,a2表示一个单位数量的乙物种维持其正常生存需占用的资源量,N2=1a2表示乙种群在单种群情况下自然资源所能承受的最大种群数量.乙种群数量的增长率x2′(t)可以分解为两部分考虑:其一,不考虑甲种群的影响,乙种群自由发展,其增长率与该种群数量x2(t)成正比,同时也与有闲资源s2(t)成正比,r2表示甲种群的固有增长率;其二,由于被甲种群捕食造成乙种群增长的负面影响,称这一部分为被捕杀率,它与甲乙两个种群的数量均正相关,这里简单地设为服从正比例关系,比例系数取为r2·b2.
3. 模型建立
根据模型假设,可得如下数学模型:
x′1=r1x1s1
x′2=r2·x2·s2-r2b2·x1·x2
s1=-a1x1+b1x2
s2=1-a2x2
经化简,得:
x′1=r1·x1·(-a1·x1+b1·x2)
x′2=r2·x2·(1-b2·x1-a2·x2)
4. 模型求解
与前面两节一样,令模型方程的右端项:
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