捕食者与被捕食者系统
例3 某森林中,猫头鹰以鼠为食. 记猫头鹰和鼠在时间的数量为,其中是以月份为单位的时间,是研究区域中的猫头鹰,是鼠的数量(单位:千). 假定生态学家已建立了猫头鹰与鼠的自然系统模型:
(1)
其中是一个待定的正参数. 第一个方程中的表明,如果没有鼠做食物,每个月只有的猫头鹰可以存活,第二个方程中的表明,如果没有猫头鹰捕食,鼠的数量每个月会增加. 如果鼠充足,猫头鹰的数量将会增加,负项用以表示猫头鹰的捕食所导致野鼠的死亡数(事实上,平均每个月一只猫头鹰吃掉鼠约只). 当捕食参数时,则两个种群都会增长. 估计这个长期增长率及猫头鹰与鼠的最终比值.
当时,式(1)的系数矩阵
,
求得的全部特征值 ,
其对应的特征向量分别是 .
初始向量. 令
,
当时,则
.
假定,则对总够大的,趋于,进而
. (2)
越大式(2)的近似程度越高,故对于充分大的
. (3)
式(3)的近似表明,最后的每个元素(猫头鹰和鼠的数量)几乎每个月都近似地增长了倍,即有的月增长率. 由式(2)知,约为的倍数,所以中元素的比值约为,即每只猫头鹰对应着约只鼠.
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