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: