一类非线性疟疾传播模型的Hopf分支(xiugai)选编.doc

PAGE  PAGE 10 （作者简介：高霞（1979-） ，女，甘肃天水人，讲师，硕士，主要研究方向为生态数学 Email:gaoxia1012@163.com.） 一类非线性疟疾传播模型的Hopf分支 , （1.甘肃工业职业技术学院，甘肃 天水 741025; 2. 陕西师范大学 数学与信息学院，陕西 西安 710062） 摘要：根据特征方程特征根的情况讨论了一类非线性疟疾传播模型的模型的Hopf分支问题. 使用消元法来检验模型的稳定性是否依赖于时滞；最后运用对模型的数值解进行图形拟合，验证了文中定理的可实现性. 关键词：时滞；稳定性；Hopf分支；消元法 中图分类号：O175.7 文献标识码：A 0 引言 众所周知，传染病历来就是人类的大敌，尽管随着医疗水平的提高和卫生设施的改革如天花等曾肆虐传染病已经得到有效的控制，但世界卫生组织的报告表明：目前全球60亿人中约有半数的人仍在受到不同传染病的威胁。因此，对各种传染病的发病机理，传播过程和防治方法的研究已成为当今人类需要迫切解决的一个重大问题。 传染病动力学是一种对传染病的流行病的流行规律进行理论定量研究的方法。文献[1-6]中人们根据疾病在种群中的传播规律，首先建立能够反映传染病动力学的模型，然后对模型进行定性分析和数值模型，为人们探索传染病蔓延和预防提供理论依据，并已有大量的研究成果应用于医学等诸多领域。如文献[2]中公共卫生医生Ross博士利用微分方程研究了疟疾在蚊子和人类之间传播的规律，其研究表明，若将蚊虫的数量控制在一个临界值以下，疟疾的流行将会得到控制。文献[3]中Kermack与McKendrick构造了SIS模型 为传染病动力学的研究奠定了坚实的基础，在以后的几十年里，传染病动力学得到了蓬勃的发展. 1 模型引入 文献〔1〕研究了一类具有潜伏期，接种率且无垂直传染的疟疾模型 的正平衡态的存在性，模型局部渐进稳定及Hopf分支的存在性条件..其中参数表示传染率，表示人的传染率即蚊虫被人感染的几率，表示人类的死亡率与康复率之和，表示蚊子的死亡率，表示发生率即人类的新患者数.同时，上述模型提出了无垂直传染，即只有完全康复了才能再次被再次感染的假设. 由于在传染病动力学中时滞是影响流行病传播的重要因素，疟原虫在人和蚊子体内分别有一定的潜伏期，所以必须得考虑是指对稳定性的影响，在本文中，将讨论模型(1.1)由时滞产生的分支问题。 ( 1.1) 模型（1.1）在满足条件 其中 即 时存在着唯一的正平衡态，近似变换以后得到了如下的近似系统 （1.2） 下面根据特征方程特征根的情况讨论（1.1）模型的分支问题. 2 局部分支的存在性 模型（1.1）的特征矩阵为 即有特征方程 (2.1) 其中 下面将分三种情况进行讨论 情形 若，这是模型（1.1）的平衡态为，相当于模型是自由病例的情况，此时（2.1）变为 (2.2) 即 （2.3） 因为，所以模型在(1.1)平衡态处是渐近稳定的. 设是方程的一个根，记 显然，不是方程（2.2）的根，将代入（2.2）式有 令 设，因为，这时模型(1.1)的平衡态是不稳定的. 情形2 当且时，上述的特征方程（2.1）具有下面的形式 (2.4) 其中 当时，（2.4）式变为,因，这时方程（2.4）有两个负实根，则在此情形下模型（1.3）的平衡态是渐近稳定的.其生态学的意义是流行病或自由病例，最终疾病消失. 设是方程（2.4）的一个根，记 显然，不是方程（2.4）的根，将代入有 令 设，则上述方程变为 （2.5） 对于方程（2.5）的系数，有以下的结论： 当或，且时，方程（2.3）存在负实根; 当时，方程（2.3）有两个不同的正实根. 若上述的条件（2）成立，设方程存在着两个正实根，分别记为且，则有 (2.6) 其中 由（2.1）式得，又,因此与符号是相同的. 将代入方程（2.2）得 分离实虚二部 由上式有 所以，存在. 从上述的讨论中，当时模型