问题2:当人们研究确定性种群模型时,寻找其正平衡点并分析正平衡点的稳定性是一个有意义的课题。 但是,模型(2)并没有正平衡点。 因此,其解不能趋于一个正值。 那么,模型(2)是否在某些正值附近仍具有某种稳定性?
问题3:白噪声对模型(2)的稳定性和灭绝性有影响吗?若有影响,影响又是什么?
本文的主要目的就是研究以上问题。 本文结构如下:在第2章,我们将引入一些预备知识。 在第3章,我们将证明对于任意给定的初始条件,模型(2)都存在唯一的全局正解。 在第4章,我们将证明模型(2)中的食饵物种的数量是随机有界的。 在第5章,我们将对模型(2)进行生存分析,得到每个物种依时间平均生存与灭绝的阈值。 在第6章,我们将引入一些数值模拟图像支持理论结果。 在第7章,我们将给出结论。
2 预备知识
① Wienner 过程 设 是带有滤子 的概率空间。 若一维实值连续 适应的随机过程 满足下列条件:
(ⅰ) ;论文网
(ⅱ) 对任意的 服从均值为零,方差为 的正态分布,也就是 ;
(ⅲ) 对任意的 与 独立,
则 称为Wiener过程或Brown运动。
② Itô 过程 如果 值连续 适应的随机过程 可表示成
其中 ,则称 为 维Itô过程。
为了方便起见,称上述Itô过程 具有随机微分 ,记为 。
③ Itô 公式 令 是Itô过程,其随机微分为 ,
其中 。 若 , 则 仍是一个Itô过程,具有如下随机微分:
其中 表示区间 ; 表示 维空间; 和 分别表示绝对可积函数空间和平方可积函数空间; 表示所有定义在 上满足对 具有连续 阶偏导数,对 具有连续 阶偏导数的实值函数 所构成的集合。
④ 随机比较定理 设 分别是随机微分方程
的解,其中 。 若还满足
(a) 存在定义在 上的满足 以及 的函数 使得
则依概率1有⑤ 强大数定律 设 是在 时为零的实值连续局部鞅,则
以及3 解的存在性与唯一性
为了方便起见,我们定义一些符号。记 ,
系统(2)表示一个生物种群模型, 因此我们首先必须给出一些条件保证模型(2)对于任意给定的初值存在唯一的全局正解。 实际上,我们有如下定理:
定理1 对于任意初值条件 ,模型(2)几乎确定(a。s。)存在唯一的全局正解。
证明 我们的证明是受到 Ji 等[11]工作的启发。考虑下面的方程组:
具有初值条件
易见,模型(3)的系数是局部Lipschitz连续的,故对于上述给定的初值条件模型(3)有唯一的局部解 ,其中 表示爆炸时间。 由Itô公式可得, 是模型(3)的唯一的局部正解。 现我们只需证明 。 为此,构建如下的辅助方程:
由著名的随机微分方程的比较定理可得,对于 有
由Jiang 和 Shi[13] 中的定理2, 方程(4)有显式解
同理,文献综述
注意到当 时, 整体存在,所以 。 证毕。
4 有界性
在上一章中,我们已经证明了对于任意给定的初始条件,模型(2)都存在唯一的全局正解。 接下来,我们将证明模型(2)中的食饵物种的数量是随机有界的。
定义1 若对 ,存在一个正数 ,使得
,
则称模型(2)中的食饵物种的数量是随机有界的。
定理2 对于任意初值 的解, 模型(2)中的食饵物种的数量是随机有界的。
证明 定义 ,其中 。 运用Itô公式可得