一类带有交叉扩散的捕食-食饵模型的正解
Positive Solutions of a Predator-Prey Model with Cross Diffusion
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收稿日期: 2018-04-20
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Received: 2018-04-20
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该文研究了一类在齐次Dirichlet边界条件下的带有交叉扩散的捕食-食饵模型.首先,根据Leray-Schauder度理论,建立了系统的正解的存在性;其次,当参数m=β且充分大时,分别研究了正则扰动方程和奇异扰动方程的正解的存在性,和借助分歧理论说明奇异系统的正解在a*处爆破;最后,建立了系统正解的多解性.
关键词:
A predator-prey model with cross diffusion under homogeneous Dirichlet boundary conditions is investigated. Firstly, the existence of positive solutions can be established by the Leray-Schauder degree theory. Secondly, we consider that the existence of positive solutions of the regular perturbation system and the singular perturbation system when m=β is sufficiently large, respectively, and moreover, we show that the positive solutions of the singular perturbation system will blow up along the continuum at a* by the bifurcation theory. Finally, the multiplicity results of positive solutions of system is also considered.
Keywords:
本文引用格式
袁海龙, 王玉萍, 李艳玲.
Yuan Hailong, Wang Yuping, Li Yanling.
1 引言
在本文中,我们将考虑下列带有交叉扩散的捕食-食饵模型
其中
当参数
最近, Wang和Li[24]以参数
在本文中,我们考虑了系统(1.1)正解的一些性质.利用Leray-Schauder度理论,我们给出了系统正解存在的充分条件.特别地,我们考虑了当交叉扩散系数
我们在此介绍一些记号和基本事实.令
其中,
我们知道如果
存在唯一的正解,我们记为
全文安排如下:第二节是预备工作;第三节通过度理论研究了系统(1.1)正解的存在性;最后,第四节建立了当
2 预备工作
令
则系统(1.1)可以改写为
下面,我们通过最大值原理得到系统(2.2)非负解的先验估计,由于证明过程是标准的,我们在此省去其证明仅陈述其结论.
引理2.1 令
引理2.2 如果
下面,我们固定参数
下列引理表明函数
引理2.3 假设
其中,
(ⅰ)
(ⅱ)
引理2.4 假设
其中,
(ⅰ)
(ⅱ)
为方便起见,我们在此定义两个正的函数
令
根据嵌入定理,我们知道
在此陈述一些关于不动点指标计算的理论.设
其中, "cl"表示集合的闭包.
(ⅰ)
(ⅱ)
3 正解的存在性
在本节中,我们将通过Leray-Schauder度理论来建立系统(2.2)的正解的存在性.首先,我们给出下列记号:
我们定义正的紧算子
其中,
为了计算算子
根据(2.1)式,我们有
进一步,我们有
因此
现在,我们建立算子
引理3.1 假设
(ⅰ)
(ⅱ)
(ⅲ)
(ⅳ)
(ⅴ)
(ⅵ)
证 (ⅰ)显然,通过引理2.1我们知道算子
特别地
经过简单计算我们有
且
(ⅱ)显然,我们有
由于
(ⅲ)经过简单的计算我们有
假设存在一些
如果
下面我们断言算子
则
进而,算子
(ⅳ)类似地,我们可以证明算子
由于
假设
也就是说
如果
因此,
由于情形(ⅴ)和(ⅳ)证明方法是类似地,我们在此省略其证明.
根据引理3.1我们可以建立系统(2.2)正解的存在性,由于证明过程是标准的,我们在此省略其证明仅陈述其结果.
定理3.1 假设
成立.其中,
4 正解的多解性
在本节中,我们考虑参数
和奇异扰动问题
引理4.1 假设
引理4.2[15] 令
其中,
引理4.3 如果
证 我们采用反证法.假设当
令
从而,我们有
也就是说,
引理4.4 令
证 我们采用反证法.假设存在
令
根据二阶椭圆型正则化理论,我们可以假设
根据最大值原理,我们知道
令
显然,当
令
其中,
如果
显然,
其中,
令算子
我们定义算子
则算子
根据局部分歧理论表明系统(4.4)在
定理4.1 系统(4.4)从半平凡解
其中,
证 令
令
如果
记算子
令
下面,我们根据全局分歧理论将上述的局部分歧解延拓为全局分歧解.特别地,我们断言:该全局分歧解将在
令
假设
如果
假设
假设
且
下面,我们断言:
在(4.6)式两边同时乘以
根据全局分歧理论[23],在
定理4.2
(ⅰ)
(ⅱ)
(ⅲ)存在
如果
假设
根据二阶椭圆型正则化理论我们可以假设
因此,
假设
根据二阶椭圆型正则化理论我们可以假设
则
假设
因此,我们必有
根据二阶椭圆型正则化理论我们可以假设
根据强最大值原理,我们有
下面的定理表明:当
定理4.3 假设
证 我们采用反证法.假设存在
情形(ⅰ)如果
令
根据二阶椭圆型正则化理论我们知道,
根据强最大值原理我们知道,
情形(ⅱ)如果
进一步,我们说明当
事实上,根据局部分歧理论我们知道,
定理4.4 当
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