带有脉冲和Holling-IV型功能反应函数的中立型捕食-食饵模型的周期解
Periodic Solutions of a Neutral Impulsive Predator-Prey Model with Holling-Type IV Functional Response
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收稿日期: 2020-02-29
基金资助: |
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Received: 2020-02-29
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This paper is concerned with a neutral impulsive predator-prey model with Holling-type IV functional response and delays. We obtain sufficient conditions on the existence of positive periodic solutions of this predator-prey model by using the Mawhin coincidence degree theory and analysis technique.
Keywords:
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蒋婷婷, 杜增吉.
Jiang Tingting, Du Zengji.
1 引言
这些功能函数已经被广泛用在许多模型里加以研究.然而, 有实验显示, 在微生物的层面非单调反应很可能会发生:当营养浓度达到很高的一个水平的时候, 对于特定的增长速度很可能会发生抑制反应.当微生物被用在废物分解或者污水净化方面, 这种抑制反应的现象很常见, 因此, 提出了Holling Ⅳ型功能反应函数
其中
根据上述文献, 该文研究如下带有脉冲时滞和更一般的Holling Ⅳ型功能反应函数的中立型捕食-食饵模型
满足初始条件
其中,
2 预备知识
为了得到系统
定义2.1[21] 假设
(ⅰ)
(ⅱ) 对于
(ⅲ)
则称
为了叙述方便, 作如下假设.
(H
(H
下面简要介绍迭合度相关知识.
设
则方程
在假设(H
满足初始条件
其中
下面的引理给出了初值问题
引理2.2 假设(H
(ⅰ) 如果
(ⅱ) 如果
证 (ⅰ) 如果
在每一个区间
类似地, 有
另一方面, 对任何
和
因此
此外
所以有
由
(ⅱ) 由定义2.1可知
在每一个区间
并且有
所以
是系统
3 周期解的存在性
为了方便起见, 下面给出一些记号和几个正的常数.
其中
定理3.1 假设(H
(H
(H
则系统
证 因为
所以, 对
则系统
令
则
定义算子
其中,
容易得到
和
因为
从而, 有
其中
且
根据Lebesgue控制收敛定理可知,
由算子方程
可得
对某个
由等式(3.2)–(3.4), 有
由(3.3)式, 可得
根据广义积分中值定理, 存在
由不等式(3.6), 存在
根据(3.6)和(3.7)式, 得
进而可知, 存在
由于
和
根据不等式(3.5), (3.8)和(3.9), 可得
因为
根据方程(3.2), (3.3)和不等式(3.10), 可得
再由(H
因为
根据(3.4)式, 可知
结合(3.12)和(3.14)式, 可得
即
结合(3.11)式, 可得
进一步, 有
即
再结合(H
类似的, 根据(3.14)式有
因此有
再结合不等式(3.11), 可得
特别的, 有
即
结合假设条件(H
由不等式(3.11)和(3.15), 可得
由(3.10)和(3.17)式, 可得
由(3.11)和(3.16)式, 可得
再由(3.18)和(3.19)式, 有
另一方面, 由(3.3)和(3.18)式, 可得
和
由(3.21)式, 可得
结合条件(H
再由(3.2)和(3.4)式, 可得
根据不等式(3.23)–(3.25), 可得
且有
再由(3.26)和(3.27)式, 可得
结合(3.2), (3.11), (3.18)和(3.28)式, 可得
从而, 有
因此, 由(3.20)和(3.28)式, 可得
显然,
的解满足
令
下面验证引理2.1的三个条件成立.
(a) 由上述计算可知, 对
(b) 当
(c) 下面验证条件
其中参数
易得, 下面的代数方程
有唯一解
所以引理2.1中的所有条件均满足, 因此系统(2.1)–(2.2)至少存在一个正的
4 结论
该文主要研究一类带有脉冲和Holling-IV型功能反应函数的中立型捕食-食饵种群动力学模型(1.1)–(1.2).通过运用Mawhin迭合度理论和一些分析技巧, 得到了系统(1.1)–(1.2)正周期解的存在性.今后, 我们将进一步讨论系统(1.1)–(1.2)正周期解的全局吸引性以及多周期解的存在性.
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