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微分方程稳定性理论在数学建模中的应用(2)

时间:2023-11-08 21:59来源:毕业论文
 在 处作泰勒展开的点,只取一次项,方程(2-1)近似为 (2-4)称为(2-1)的近似线性方程[2], 也是(2-4)的平衡点,关于 点稳定性结论如下: 若 ,

          在 处作泰勒展开的点,只取一次项,方程(2-1)近似为

(2-4)称为(2-1)的近似线性方程[2], 也是(2-4)的平衡点,关于 点稳定性结论如下:

     若 ,则称 对于(2-4)和(2-1)都是稳定的。

     若 ,则称 对于(2-4)和(2-1)都是不稳定的。

(事实上,若记 则(2-4)的一般是  (2-5) 

显然,当 时,(2-3)式成立。)

2。2  二阶微分方程的平衡点及其稳定性

二阶方程可用两个一阶方程表为   (2-6)

方程组右端不显含 ,为自治方程[3]。代数方程组

   的实根 , 称为方程(2-6)的平衡点、记作 。

   若从 的某领域的任一初值出发,都有平衡点 是稳定的(渐近稳定);否则,称 是不稳定的(不渐近稳定)。

为了用直接法讨论(2-6)中的平衡点的稳定性,首先考虑了线性常系数方程[4]

系数矩阵记作          (2-10)

为了研究方程(2-9)唯一平衡点 的稳定性,假定A的行列式

 的稳定性由(2-9)的特征方程   (2-12)

的根 (特征根)决定。方程(2-12)可以写成更加明晰的形式 

的特征根记为  ,所以 方程(2-9)的一般解具有形式, 为任意常数。

根据稳定性的定义(2-8)式可知道:论文网

①当 , 都为负数或都有负实部时, 是稳定平稳点;

②当 , 有一个为正数或有正实部时, 是不稳定的平衡点。因为 的条件下 , 不可能为零。

下表给出了平衡点 的类型的稳定性:

表1    由特征方程决定的平衡点类型和稳定性

 , 

       ,             平衡点类型            稳定性

        稳定结点              稳定

        不稳定结点            不稳定

                    鞍点                  不稳定

        稳定退化结点          稳定

        不稳定退化结点        不稳定

        稳定焦点              稳定

        不稳定焦点            不稳定

               中心                  不稳定

总结:根据特征方程的系数 , 的正负号可以用来判断平衡点的稳定性:

①  平衡点稳定;

② 或  平衡点不稳定。

3 捕鱼业的持续收获模型

背景1。再生资源(渔业,林业等)与非再生资源(矿业等)。

        2。再生资源要注意适度开发——在持续稳产的前提下实现最大产量或最佳效益。

问题及分析1。在稳定捕捞的条件下,如何控制捕捞才能效益最大化或有利于产量?                           

               2。如果捕捞量等于自然生长量,渔场的鱼量将保持不变,捕捞量将趋于稳定。

3。1产量模型   

记时刻 渔场中的鱼类数量为 ,关于自然增长和人工捕鱼的假设如下: 微分方程稳定性理论在数学建模中的应用(2):http://www.youerw.com/shuxue/lunwen_198378.html

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