几类反应扩散系统的动力学性质分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:superdog22
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反应扩散系统作为一类重要的偏微分方程,刻画了事物的发展变化规律及扩散作用,并在物理、化学、生物、经济及工程中具有广泛的应用价值。反应扩散系统的动力学性质如平衡点问题、Hopf分支问题、Turing分支问题等描述了系统随着系统参数的变化而变化的规律,具有重要的理论价值和实际指导意义。因而,本文以生物为背景系统地分析了几类重要的反应扩散系统的动力学性质。  首先,考虑了一类带有齐次Neumann边界条件的空间2-维Crowley-Martin型捕食者-食饵扩散系统的动力学性质。对特征根的分布进行分析,得出了系统在正平衡点处经历Hopf分支和Turing分支的充分条件。利用上下解的方法,得出了系统正平衡点的全局稳定性。  其次,研究了一类带有齐次Neumann边界条件的具捕获项及Holling-II型功能反应项的时滞捕食者-食饵扩散系统。通过分析捕获项的取值,获得了系统非负平衡点的存在性,并通过分析系统特征方程的根分布,证明了平衡点的稳定性。以时滞为分支参数,建立了在正平衡点附近存在Hopf分支的充分条件,并应用偏泛函微分方程的规范型定理和中心流形定理,获得了决定系统经历Hopf分支时的分支方向的详细计算公式。最后,利用Fister的分析方法,给出了系统中对捕食者和食饵的最优捕获策略。  再次,讨论了一类带有齐次 Neumann边界条件的带有食饵避难所及Holling-II型功能反应项的捕食者-食饵扩散系统的动力学性质。通过构造适当的Lyapunov泛函,证明了系统正平衡点的全局稳定性;选取食饵避难所为分支参数,通过分析特征方程,证明了Hopf分支的存在性;最后依据反应扩散方程的中心流形理论和规范型方法探讨了系统的分支性质,如分支方向、分支周期解的稳定性及分支周期的性质。  最后,分析了一类带有齐次Dirichlet边界条件的具时滞N-维Lotka-Volterra扩散竞争系统的Hopf分支存在性及其分支性质。根据隐函数存在定理,证明了系统的非常值正稳态解的存在性,并给出其显示表达式。以时滞作为分支参数,给出了系统经历Hopf分支的充分条件及此非常值正稳态解的稳定性定理,建立了分支方向的计算公式。最后,作为应用分析了三维竞争系统的稳定性质并进行数值模拟,证实了所得结论的正确性。
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