【摘 要】
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自然界及科学技术中的许多发展过程具有这样的特点,当经历一个相对较长时间的光滑变化后,由于某些自然或人为因素的干扰,在某些时刻状态变量会发生突变,并且干扰及突变过程相对于整个运动过程是短暂的,对这类运动过程就需要用脉冲微分方程,即具有脉冲作用的微分方程刻画和研究.在种群动力学的早期研究中,人们常常利用微分方程来描述种群的生长规律,然而,常微分方程不能确切地刻画具有脉冲作用的生长现象,而脉冲微分系统能
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自然界及科学技术中的许多发展过程具有这样的特点,当经历一个相对较长时间的光滑变化后,由于某些自然或人为因素的干扰,在某些时刻状态变量会发生突变,并且干扰及突变过程相对于整个运动过程是短暂的,对这类运动过程就需要用脉冲微分方程,即具有脉冲作用的微分方程刻画和研究.在种群动力学的早期研究中,人们常常利用微分方程来描述种群的生长规律,然而,常微分方程不能确切地刻画具有脉冲作用的生长现象,而脉冲微分系统能很好地描述这类发展过程,因此,利用脉冲微分系统研究种群的动力学行为是十分必要的.自上世纪六十年代以来,脉冲微分方程的研究逐渐引起生物界及数学界等专家学者的关注并致力于从理论上对其进行研究.随着脉冲微分方程理论研究的不断深入,其应用研究也得到了很大发展.近年来,脉冲微分方程引入种群动力学研究并得到了广泛应用.生物数学是生物学、农学和医学等学科与数学互相渗透形成的交叉学科,它以数学方法和技巧研究和解决上述应用领域的实际问题.利用脉冲微分方程能将复杂的生物学问题转变成一个数学问题,通过对脉冲微分系统解的性质的研究能定量或定性地了解实际生物系统的发展规律.本文主要运用脉冲微分方程和时滞微分方程的有关理论研究几类具有脉冲作用的周期种群竞争系统的动力学行为.主要研究脉冲微分系统周期解的存在唯一性,种群灭绝解的全局吸引性及系统解的持续生存性等问题.这些结果不仅丰富了脉冲微分方程的理论研究,而且可以为实际生态问题的解决提供决策依据,具有重要的实际意义.本文的主要研究内容和成果包括下面几个方面:(1)研究一类具有脉冲作用的二维周期Lotka-Volterra竞争系统.模型中的脉冲条件刻画了在给定时刻对种群进行比例收获或放养,主要研究了系统的全局渐近性质.首先通过研究相应的一维脉冲微分系统解的有关性质,利用脉冲微分系统的比较原理,获得了系统解的有界性,以此为基础运用一些分析技巧研究系统解的渐近性质;进一步讨论了系统正周期解的存在唯一性,并结合Floquet理论研究了半平凡周期解及种群灭绝解的有关性质.(2)研究了周期环境中,一类具有脉冲作用的二维时滞竞争系统正周期解的存在唯一性.首先研究相应的一维微分方程解的有关性质,利用比较原理及一些分析技巧获得了系统解的有界性及渐近性质;进而通过构造一个连续算子,利用Brouwer不动点原理获得了系统周期解的存在性,并结合渐近性质获得了系统周期解的唯一性.(3)研究一类周期环境中的脉冲时滞Gilpin-Ayala竞争系统模型,该模型可描述具有脉冲收获或放养,并考虑时滞因素影响的复杂生态系统的发展过程.首先研究了无时滞微分系统周期解及其渐近性质,进而利用周期性得到了具有时滞作用的微分系统的有关性质,并利用Lyapunov-Razumikhin方法研究了系统解的全局渐近性质,进一步证明了在一定条件下正周期解的存在唯一性.(4)研究了污染环境中一类具有阶段结构和脉冲作用的两种群竞争系统模型.利用脉冲微分系统的比较原理及时滞微分方程的有关理论研究了系统解的正性及有界性;在此基础上研究了系统中一个种群灭绝或两个种群均灭绝的条件,并研究获得了保证系统持续生存的一组充分条件.
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