; w8 u1 k$ q; X# ^$ R5 f8 F {dX(t)/dt=aX-bXY;dY(t)/dt=cXY-eY} 其中c=αb. (1) * `& P8 \6 x" z3 P5 D
7 c+ b2 j+ B( F
这是一个非线性自治系统,为了求两个数X与Y的变化规律,我们对它作定性分析。令{aX-bXY=0;cXY-eY=0} 解得系统(1)的两个平衡位置为:O(0,0),M (e/c,a/b)。从(1)的两方程中消去dt,分离变量可求得首次积分: N) ^! V6 b' u- W; _& T: t0 h. Z
; \& k# m! P' }8 m F(X,Y)=cX-dln|X|-aln|Y|=k (2) ; t4 @ |3 x5 L; V5 k& A
+ q" N J9 g& I. U. Z& t S- _
容易求出函数F(X,Y)有唯一驻点为M(e/c,a/b)。再用极值的充分条件判断条件可以判断M是F的极小值点。同时易见,当X→∞(B女对A君恨之入骨)或Y→∞ (A君是一块只会学习的木头)时均有F→∞;而X→0(A君作了变形手术,B女对他毫无防备)或Y→0(A君不学无术,丝毫不学习)时也有F→∞。由此不难看出,在第一象限内部连续的函数z=F(X,Y)的图形是以M为最小值点,且在第一卦限向上无限延伸的曲面,因而它与z=k(k>0)的交线在相平面XOY的投影F(X,Y)=k (k>0)是环绕点M的闭曲线簇。这说明学业成绩和疏远度的指数成周期性变化。 }9 E! x4 N7 R5 z: P; G( V, ~. ~$ n Q: i
结果解释 3 S. l( \: ?. ~2 O$ c( F , Q9 I$ l: f: N% A; q9 Y 从生态意义上看这是容易理解的,当A君的学习成绩Y(t)下降时,B女会疏远 A君,疏远度X(t)上升;于是A君就又开始奋发图强,学习成绩Y(t)又上升了。于是B女就又和A君开始了来往,疏远度X(t)又下降了。与B女交往多了,当然分散了学习时间,A君的学习成绩Y(t)下降了。 % H% H3 I# Z# D) s
% {: z# w5 `/ ?' O! f0 G* S' A
然而我们可证明,尽管闭轨线不同,但在其周期内的X和Y的平均数量都分别是一常数,而且恰为平衡点M的两个坐标。事实上,由(1)的第二个方程可得: dY/Ydt=cX- e,两端在一个周期时间T内积分,得: 8 i( S3 H9 G% H W- O8 O5 }- u
/ Z) U% F3 t8 u) n; E. E5 H* ^
∫(dy/Ydt)dt=c∮Xdt-dT (3) 8 f& ?" Y: u) Q8 g
, }7 F# O% c' a `) y6 q. R$ o 注意到当t经过一个周期T时,点(X,Y)绕闭轨线运行一圈又回到初始点,从而:∫(dY/Ydt)dt=∮dY/Y=0。所以,由(3)式可得:(∫Xdt)/T=e/c。 8 b5 f. o* b: N7 k
1 j: a" P0 W' v3 n y. s
同理,由(1)的第一个方程可得:(∫Ydt)/T=a/b。 ; l/ b7 G7 B; j+ z) x$ U