( ~: L6 X4 \8 D! G! Y 1、t时刻A君的学业成绩为Y(t); * Z7 d0 ~1 T, ^1 ]/ y% p9 r
& K! }: h" k- a, A! I
2、t时刻B女对A君的疏远度为X(t); % A2 U. j& o4 N1 s$ ]
. R! \/ N3 y% ?3 G% V: Y
3、当A君没开始追求B女时B女对A君的疏远度增长(平时发现的A君的不良行为)符合Malthus模型,即dX/dt=aX(t)其中a为正常数。 4 D. W0 z) [- p$ k " ]; P+ v2 s9 {% p 4、当Y(t)存在时,单位时间内减少X(t)的值与X(t)的值成正比,比例常数为b,从而 dX(t)/dt=aX(t)-bX(t)Y(t)。 - K Y# c% u% D- ?
4 |# \! `) y2 T; }) {6 {7 E% ~ 5、A君发起对B女追求后,立即转化为B女对A君的好感,并设定转化系数为 α,而随着的A君发起对B女的追求,A君学业的自然下降率与学业成绩成正比,比例系数为e。于是有dY(t)/dt=αbX(t)Y(t)-eY(t)。 / C' Y. G/ q$ @% \) N1 R: C6 d
K1 b/ y3 z, R 模型构成 2 Z+ B# V6 Y8 U% Q4 L
$ {3 b$ q3 ?! O5 N
由假设4和假设5,就得到了学业与疏远度在无外界干扰的情况下互相作用的模型: - B2 q4 F7 p7 J0 \" f1 y & q" C/ x% j' j* F {dX(t)/dt=aX-bXY;dY(t)/dt=cXY-eY} 其中c=αb. (1) : @4 b S5 H0 l w
) |7 ?, w/ u( U 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: . d( G! Z! G3 e! P# C& O: r 6 |) ~9 z/ r0 C% Z F(X,Y)=cX-dln|X|-aln|Y|=k (2) 1 Z% J8 r U, @$ k& X2 S6 k5 s- f2 _; { s: Q. P9 h
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。 : p9 T; P$ ?7 {) i. d
, M3 R( d1 Y8 a( @9 g
结果解释 + a! Q. R) o$ A% a# L% X: @; a x& g2 y. w
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。 " p. E) s" q* t! p1 ~
$ l" G; y, `; q# V. g& k
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: $ P6 P9 Y# P/ C" W: G( g
' Y9 D! m. @4 S ∫(dy/Ydt)dt=c∮Xdt-dT (3) , n, R2 Q" n" ~
3 C; v4 K/ F' e7 W8 K. Y% U( d+ p
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。 . e7 k( Q, {& C' h2 M. {
: C/ k0 }& R! P- r 同理,由(1)的第一个方程可得:(∫Ydt)/T=a/b。 S( c+ n( b2 V* g. T, Y9 G; D3 X7 |% t' m0 c
模型优化 8 v, ~% v. \- M2 d$ S, }7 F" S