×

脉冲反应扩散方程单调系统的传播速度和行波。 (英语) Zbl 1518.35191号

摘要:生命科学中的许多系统都是用反应扩散方程建模的。然而,在某些情况下,这些生物系统可能会经历瞬时和周期性的扰动(例如收获、出生、释放、火灾事件等),因此需要适当的形式,如脉冲反应-扩散方程来分析它们。虽然有几项工作解决了单调反应扩散方程的行波问题和传播速度的计算,但对于单调脉冲反应扩散方程,却很少有研究。基于向量值递归方程理论,本文旨在给出解决单调脉冲反应扩散方程两个主要问题的结果。我们的第一个结果讨论了脉冲反应扩散方程单调系统行波的存在性。我们的第二个结果处理了脉冲反应扩散方程单调系统的传播速度的计算。我们将我们的方法应用于一个平面脉冲反应扩散方程组,该方程组模拟了容易发生火灾的热带稀树草原中的树-草相互作用。最后提供了数值模拟,包括扩展速度的数值近似值,以说明我们的理论结果并支持讨论。

MSC公司:

35C07型 行波解决方案
35K57型 反应扩散方程
35兰特 脉冲偏微分方程
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 阿卡蒂诺,F。;De Michele,C.,《潮湿热带草原森林动态:植被-火相互作用和季节性的矩阵模型》,Ecol。型号。,265, 170-179 (2013) ·doi:10.1016/j.ecolmodel.2013.05.022
[2] 阿卡蒂诺,F。;威根,K。;沃德·D。;De Michele,C.,《潮湿热带草原上的树、草和火:生命历史特征和空间过程的重要性》,生态。型号。,320, 135-144 (2016) ·doi:10.1016/j.ecolmodel.2015.09.014
[3] 阿赫梅特,密苏里州;贝克洛格鲁,M。;Ergenc,T。;Tkachenko,VI,具有扩散的脉冲比率依赖捕食者-食饵系统,Nonl。分析。真实世界应用。,7, 5, 1255-1267 (2006) ·Zbl 1114.35097号 ·doi:10.1016/j.nonrwa.2005.11.007
[4] 安格洛夫,R。;杜蒙,Y。;Yatat Djeumen,IV,使用永久不育昆虫技术进行可持续媒介/害虫控制,数学。方法。申请。科学。(2020) ·兹比尔1472.34083 ·doi:10.1002/月6385日
[5] 拜诺夫,DD;Simeonov,PS,具有脉冲效应的系统:稳定性、理论和应用(1989),霍博肯:威利,霍博肯
[6] 拜诺夫,DD;Simeonov,PS,《脉冲微分方程:解的渐近性质》(1995),新加坡:世界科学出版社,新加坡·Zbl 0828.34002号 ·数字对象标识代码:10.1142/2413
[7] 波德纳,M。;D'Andrea,F。;Provenzale,A.,《热带草原树草共存的理想模型:生命阶段结构和火灾干扰的作用》,J.Ecol。,98, 74-80 (2010) ·文件编号:10.1111/j.1365-2745.2009.01588.x
[8] Beckage,B。;总长度(LJ);普拉特,WJ,格拉斯火灾反馈,稳定热带草原,生态。型号。,222, 2227-2233 (2011) ·doi:10.1016/j.ecolmodel.2011.01.015
[9] 宾夕法尼亚州布利曼;Cardona-Salgado,D。;杜蒙,Y。;Vasilieva,O.,《无菌昆虫技术控制策略的实施》,数学。生物科学。,314, 43-60 (2019) ·Zbl 1425.92126号 ·doi:10.1016/j.mbs.2019.06.002
[10] Bobrowski,A.,概率和随机过程的函数分析(2005),剑桥:剑桥大学出版社,剑桥·Zbl 1092.46001号 ·doi:10.1017/CBO9780511614583
[11] Britton,NF,反应扩散方程及其在生物学中的应用(1986),剑桥:学术出版社,剑桥·Zbl 0602.92001号
[12] 坎特雷尔,RS;Cosner,C.,《通过反应扩散方程的空间生态学》(2003),霍博肯:威利·Zbl 1059.92051号
[13] 杜蒙,Y。;Tchuenche,JM,《基孔肯雅病和白纹伊蚊不育昆虫技术的数学研究》,J.Math。生物学,65,5809-854(2012)·Zbl 1311.92175号 ·doi:10.1007/s00285-011-0477-6
[14] 恩格尔,K-J;Nagel,R.,《算子半群短期教程》(2006),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 1106.47001号
[15] M.Fazly。;刘易斯,M。;Wang,H.,脉冲反应扩散模型的传播分析,SIAM J.Appl。数学。,80, 1, 521-542 (2020) ·兹比尔1432.92105 ·doi:10.1137/19M1246481
[16] M.Fazly。;Lewis,马萨诸塞州;Wang,H.,关于高维脉冲反应扩散模型,SIAM J.Appl。数学。,77, 1, 224-246 (2017) ·Zbl 1372.92077号 ·doi:10.1137/15M1046666
[17] 法夫,PC,反应和扩散系统的数学方面(1979),柏林:施普林格,柏林·Zbl 0403.92004年 ·doi:10.1007/978-3-642-93111-6
[18] 弗里德曼,A.,抛物线型偏微分方程(1964),恩格伍德悬崖:普伦蒂斯·霍尔,恩格尔伍德悬崖·Zbl 0144.34903号
[19] Hale,JK,常微分方程(1980),马拉巴:克里格出版公司,马拉巴·Zbl 0433.34003号
[20] Hale,JK,耗散系统的渐近行为(1988),普罗维登斯:Amer。数学。普罗维登斯Soc·Zbl 0642.58013号
[21] Henry,D.,半线性抛物方程的几何理论(1981),柏林:Springer-Verlag,柏林·Zbl 0456.35001号 ·doi:10.1007/BFb0089647
[22] 希金斯,SI;邦德,WJ;特罗洛普,W。;Williams,RJ,《草地火灾蔓延和强度的物理驱动经验模型》,《国际野地火灾杂志》,第17期,第695-601页(2008年)·doi:10.1071/WF06037
[23] 黄,Q。;Wang,H。;Lewis,MA,河流中斑马贻贝入侵动力学的混合连续/离散时间模型,SIAM J.Appl。数学。,77, 3, 854-880 (2017) ·Zbl 1383.92068号 ·doi:10.1137/16M1057826
[24] Klimasara,P。;Tyran-Kamiñska,M.,热带草原随机火灾引发的树草共存模型,数学。申请。(华沙),46,1,87-96(2018)·Zbl 1463.92082号
[25] 拉克梅切,A。;Arino,O.,化疗引起的脉冲微分方程非平凡周期解的分歧,Dyn。Cont.Disc.(续盘)。进口系统。,7, 265-287 (2000) ·兹比尔1011.34031
[26] 拉克什米坎塔姆,V。;Bainov,DD公司;Simeonov,PS,脉冲微分方程理论(1989),新加坡:世界科学,新加坡·Zbl 0719.34002号 ·doi:10.142/0906
[27] 马萨诸塞州刘易斯;Li,B.,脉冲反应扩散模型中的传播速度、行波和最小区域大小,Bull。数学。《生物学》,74,10,2383-2402(2012)·Zbl 1312.92035号 ·doi:10.1007/s11538-012-9757-6
[28] 马萨诸塞州刘易斯;李,B。;Weinberger,HF,两种群竞争模型的传播速度和线性确定性,J.Math。生物学,45,3,219-233(2002)·Zbl 1032.92031号 ·doi:10.1007/s002850200144
[29] 李,B。;温伯格,HF;马萨诸塞州刘易斯(Lewis,MA),“传播速度作为合作系统的最慢波速”,数学。生物科学。,196, 1, 82-98 (2005) ·Zbl 1075.92043号 ·doi:10.1016/j.mbs.2005.03.008
[30] Li,D.,Gui,C.,Luo,X.:具有非线性发病率和时滞的脉冲接种SEIR模型。数学。问题。工程ID 818401(2013)·Zbl 1299.92064号
[31] 刘,M。;Z.Jin。;Haque,M.,仅在被捕食物种中具有传染病的脉冲捕食-被捕食模型,Nonlin。安娜。真实世界应用程序。,10, 3098-3111 (2009) ·Zbl 1162.92043号 ·doi:10.1016/j.nonrwa.2008.10.010
[32] 刘,Z。;钟,S。;尹、春;Chen,W.,关于具有比率依赖功能反应的脉冲反应扩散捕食者-食饵系统的动力学。,应用学报。数学。,115, 3, 329-349 (2011) ·Zbl 1229.35305号 ·doi:10.1007/s10440-011-9624-8
[33] Logan,JD,《非线性偏微分方程导论》(2008),霍博肯:Wiley,Hoboken·Zbl 1176.35001号
[34] Logan,JD,应用偏微分方程。数学本科生教材(2015),柏林:施普林格国际出版社,柏林·兹比尔1310.35001 ·doi:10.1007/978-3-319-12493-3
[35] 马,Z。;Li,J.,流行病动态建模与分析(2009),新加坡:新加坡世界科学出版有限公司·兹比尔1170.92026 ·数字对象标识代码:10.1142/6799
[36] 梅勒雷特,L。;Lemesle,V.,《生命科学中半离散建模的注释》,Philos。事务处理。R.Soc.A:数学。物理学。工程科学。,367, 1908, 4779-4799 (2009) ·Zbl 1192.37119号 ·doi:10.1098/rsta.2009.0153
[37] 大久保,A。;莱文,S.,《扩散与生态问题》(2001),柏林:施普林格出版社,柏林·doi:10.1007/978-14757-4978-6
[38] Pao,CV,非线性抛物方程和椭圆方程(1992),纽约:Plenum出版社,纽约·Zbl 0777.35001号
[39] 珀沙姆,B.,《生物学中的抛物线方程》(2015),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 1333.35001号 ·数字对象标识代码:10.1007/978-3-319-19500-1
[40] Rogovchenko,Y.,脉冲抛物方程组的比较原理,Annali di Matematica,170,1,311-328(1996)·Zbl 1076.35549号 ·doi:10.1007/BF01758993
[41] Rogovchenko,Y.,《脉冲进化系统:主要结果和新趋势》,Dyn。Cont.Disc.(续盘)。进口系统。,3, 57-88 (1997) ·Zbl 0879.34014号
[42] Rogovchenko,Y.,非线性脉冲演化系统及其在人口模型中的应用,J.Math。分析。申请。,207, 300-315 (1997) ·Zbl 0876.34011号 ·doi:10.1006/jmaa.1997.5245
[43] Royden,HL,Real analysis(1988),伦敦:皮尔逊,伦敦·Zbl 0704.26006号
[44] Shigesada,N。;川崎,K.,《生物入侵:理论与实践》(1997),牛津:牛津大学出版社,牛津
[45] Strugarek,M。;博森,H。;Dumont,Y.,《关于使用无菌昆虫释放技术减少或消灭蚊子种群》,Appl。数学。型号。,68, 443-470 (2019) ·Zbl 1481.92117号 ·doi:10.1016/j.apm.2018.11.026
[46] Synodinos,AD;Tietjen,B。;Lohmann博士。;Jeltsch,F.,年际降雨量变化对非洲大草原的影响随着平均降雨量的变化而变化,J.Theor。生物学,43792-100(2018)·兹比尔1394.92143 ·doi:10.1016/j.jtbi.2017.1019
[47] Tchuinte Tamen,A。;杜蒙,Y。;Tewa,JJ;Bowong,S。;Couteron,P.,《树草相互作用动力学和脉冲火灾:数学和数值研究》,应用。数学。国防部。,40, 11-12, 6165-6197 (2016) ·Zbl 1465.92141号 ·doi:10.1016/j.apm.2016.01.019
[48] Tchuinte Tamen,A。;杜蒙,Y。;Tewa,JJ;Bowong,S。;Couteron,P.,使用脉冲微分方程和草生物量对火灾引起的树木死亡率的非线性反馈函数的树-草相互作用的最小模型,数学。计算。模拟。,133, 265-297 (2017) ·Zbl 07313781号 ·doi:10.1016/j.matcom.2016.03.008
[49] Terman,D.:无界域中定义的反应扩散系统的比较定理。威斯康星大学麦迪逊数学研究中心技术报告(1982年)
[50] O.瓦西里耶娃。;Lutscher,F。;马萨诸塞州刘易斯,《带翅成体阶段溪流昆虫的传播和持续性分析》,J.Math。生物学,72,4,851-875(2016)·Zbl 1345.92126号 ·doi:10.1007/s00285-015-0932-x
[51] 沃伯特,AI;弗吉尼亚州沃尔珀特;Volpert,VA,抛物线系统的行波解。数学专著翻译(1994),普罗维登斯:美国数学学会,普罗维登·Zbl 1001.35060号 ·doi:10.1090/mmono/140
[52] Volpert,V.:椭圆偏微分方程:第2卷。反应扩散方程,数学专著第104卷。斯普林格(2014)·兹比尔1307.35004
[53] Walter,W.,微分不等式和最大值原理:理论、新方法和应用,非线性分析。理论方法应用。,30, 8, 4695-4711 (1997) ·兹伯利0893.35014 ·doi:10.1016/S0362-546X(96)00259-3
[54] Weinberger,HF,一类生物模型的长期行为,SIAM J.Math。分析。,13, 3, 353-396 (1982) ·Zbl 0529.92010号 ·doi:10.1137/0513028
[55] Weinberger,HF,《关于周期性栖息地中生长和迁移模型的传播速度和行波》,J.Math。生物学,45,6,511-548(2002)·Zbl 1058.92036号 ·doi:10.1007/s00285-002-0169-3
[56] 温伯格,HF;马萨诸塞州刘易斯;Li,B.,合作模型中传播的线性确定性分析,J.Math。《生物学》,45,3,183-218(2002)·Zbl 1023.92040号 ·doi:10.1007/s002850200145
[57] 白色,SM;罗哈尼,P。;Sait,SM,《无菌昆虫技术脉冲释放建模:无菌雄性和转基因雄性的适应成本以及对蚊子动力学的影响》,J.Appl。经济。,47, 6, 1329-1339 (2010) ·doi:10.1111/j.1365-2664.2010.01880.x
[58] Yatat Djeumen,I.V.:稀树草原生态系统大小结构树-草相互作用模型的数学分析。雅温得大学博士论文(2018年)
[59] Yatat Djeumen,四世;库特隆,P。;Dumont,Y.,《易受火灾影响的热带稀树草原中树草相互作用的空间显式建模:偏微分方程框架》,Ecol。复杂性,36290-313(2018)·doi:10.1016/j.ecocom.2017.06.004
[60] Yatat Djeumen,四世;库特隆,P。;Tewa,JJ;Bowong,S。;Dumont,Y.,《稀树草原生态系统树草相互作用大小结构模型中火灾发生的脉冲建模框架》,J.Math。生物学,74,6,1425-1482(2017)·Zbl 1366.34069号 ·doi:10.1007/s00285-016-1060-年
[61] Yatat Djeumen,I.V.,Dumont,Y.:在无界域上具有脉冲的FKPP方程。收录:Lachowicz M.,Anguelov,R.(编辑),《生物科学中的数学方法和模型》,第1-21页(2018年)·兹比尔1404.92220
[62] Yatat Djeumen,I.V.,Dumont,Y.,Doizy,A.,Couteron,P.:关于极简模型在研究热带稀树草原生物群落中沿生物地理梯度的树草生物量分布的有用性。arXiv:2005.05654(2020)
[63] Yatat Djeumen,四世;Tchuinte Tamen,A。;杜蒙,Y。;Couteron,P.,《尽管数据稀少,但使用稀树大草原植被动态的极简空间隐含模型解决大空间尺度问题》,BIOMATH,71812167(2018)·Zbl 1425.92219号
[64] 张,S。;Wang,F。;Chen,L.,具有脉冲扰动和Holling IV功能响应的食物链模型,混沌孤子。分形。,26, 3, 855-866 (2005) ·Zbl 1066.92061号 ·doi:10.1016/j.chaos.2005.01.053
[65] 赵,Z。;Yang,L.等人。;Chen,L.,具有修正Leslie-Gower和Holling II型的捕食者-食饵系统的脉冲扰动,J.Appl。数学。计算。,35, 119-134 (2011) ·Zbl 1222.34057号 ·doi:10.1007/s12190-009-0346-2
[66] Zheng,S.,非线性演化方程(2004),博卡拉顿:查普曼和霍尔/CRC,博卡拉通·Zbl 1085.47058号 ·doi:10.1201/9780203492222
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。