生态系统中的非线性扩散问题

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1920年,A.J.Lotka与意大利数学家V.Volterra首先利用非线性微分方程理论对种群动力系统做出了定性描述.1930年,Fishe将扩散现象引入种群遗传学中以描述种群在空间的扩散现象,1950年初Skenaln等将扩散引入到种群动力系统中,Takeuchi.Y.1989年和1990年又考虑一般的单种群扩散自治系统,崔景安先生又定义了“斑块种群”引起了对此类问题研究的热潮.此后,等多的学者加入到对这个问题研究中.这些研究中绝大多数是以线性扩散为基础的,国内外有关非线性扩散的研究并不多见.本文以非线性扩散为中心,着重研究了几类三维非线性扩散生态系统,得到了一些有益的结果. 从内容构成方面文章共分四个部分:绪论部分,理论部分,模型部分与总结部分. 首先,在绪论部分(第1章),介绍了“斑块种群”动力学与扩散系统的研究历史与现状,简要总结了有关此类问题的研究发展状况.并按照本文的顺序联系的对全文所涉及到的内容进行了介绍. 其次,在理论部分(见第2章),结合常用的中心流形理论[8]以及对张兴安与陈兰荪在文献[4]中针对某一具体系统提出的降维方法的总结,作者首先提出了一类线性部分为单位矩阵的高维多项式系统(2.2)降维方法;接着将上述降维方法作出适当的推广,放宽了“线性部分为单位矩阵”这一要求,得出了一类线性部分为对角矩阵的高维二次多项式系统(2.8)的降维方法;最后,在系统次数方面又进行了推广,得出了一类线性部分为对角矩阵的高维高次多项式系统(2.16)的降维方法.有趣的是,在对上述三类系统的后面两类系统进行降维的过程中,发现如果这两类系统分别满足一定条件,那么它们均可以降至一维(见推论2.1,推论2.2). 接着,模型部分包括第3章,第4章,第5章以及第6章,一共讨论了六个不同的具有一定生态意义的系统.其中包括一类非线性扩散Lotka—Volterra竞争系统,两类非线性扩散Lotka—Volterra捕食系统,一类具有Holling—Ⅱ功能反映函数的非线性扩散Lotka—Volterra捕食系统,以及具有Leslie数量反映函数的非线性捕食系统,和具有Leslie数量反映函数与Holling—Ⅱ功能反映函数的非线性捕食时滞系统.在具体的讨论过程中,以非线性扩散项为基础出发,讨论了上述六类系统的正平衡点的存在性,局部渐近稳定性,全局渐近稳定性,以及部分系统的Hopf分支问题. 最后,总结部分为第7章.在这一章中,不仅总结了模型部分所讨论的六类系统的具体生物意义,并且把这六类具有非线性扩散项的系统与那些和它们相对应的不具有扩散项的系统进行了比较,更充分的对各个系统的生物意义作出了阐述以及强调.
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