2019数学建模作业实验

发布 2020-04-15 15:46:28 阅读 4872

姓名:雷锋。

答:1) 该二阶微分方程可用一个二元微分方程组来表示,该方程组的解就是,故(0,0)点为微分方程的平衡点;

在分析方程的稳定性之前,先分析线性微分方程组的稳定性,将线性方程组写成,其中,,,因为,故(0,0)是其唯一平衡点。

设,可知特征值,由于,将计算结果对照课件中表2.1(平衡点与稳定性的各种情况),可知(0,0)点是不稳定的。

绘出自治系统相应的轨线,并标出随t增加的运动方向,如下图所示:

2) 该二阶微分方程可用一个二元微分方程组来表示,该方程组的解就是,故(0,0)点为微分方程的平衡点;

在分析方程的稳定性之前,先分析线性微分方程组的稳定性,将线性方程组写成,其中,,,因为,故(0,0)是其唯一平衡点。

设,可知特征值,由于,将计算结果对照课件中表2.1(平衡点与稳定性的各种情况),可知(0,0)点是不稳定的。

绘出自治系统相应的轨线,并标出随t增加的运动方向,如下图所示:

3) 该二阶微分方程可用一个二元微分方程组来表示,该方程组的解就是,故(0,0)点为微分方程的平衡点;

在分析方程的稳定性之前,先分析线性微分方程组的稳定性,将线性方程组写成,其中,,,因为,故(0,0)是其唯一平衡点。

设,可知特征值,由于,将计算结果对照课件中表2.1(平衡点与稳定性的各种情况),可知(0,0)点是不稳定的。

绘出自治系统相应的轨线,并标出随t增加的运动方向,如下图所示:

4) 该二阶微分方程可用一个二元微分方程组来表示,该方程组的解就是,故(0,0)点为微分方程的平衡点;

在分析方程的稳定性之前,先分析线性微分方程组的稳定性,将线性方程组写成,其中,,,因为,故(0,0)是其唯一平衡点。

设,可知特征值,由于,将计算结果对照课件中表2.1(平衡点与稳定性的各种情况),可知(0,0)点是稳定的。

绘出自治系统相应的轨线,并标出随t增加的运动方向,如下图所示:

答:1)营养的浓度能达到平衡。

2)已知,令;

当时,得到的n为平衡解;

故。3)它是稳定的。

因为当时,且;

当时,且,如下图所示,在处稳定。

答:根据题意设在t时刻,病菌数量为,病菌增长率为,死亡率为,当时,;

由此可以建立微分方程,如下所示。

令,当时,计算其平衡点,下图画出了的符号取值范围和的变化趋势;

根据题意可知,细菌数量n不可能小于0,当时,,当时,;

因此,根据图示可以判断,是稳定的,不是稳定的。

答:令,计算时的平衡点;

得到平衡点,;

计算;分别将和带入后得到。

由此可以判断出平衡点处是稳定的,平衡点是不稳定的;

由于,且;计算;

当时,,因此可知在曲线的零点位置,其切线斜率为r;

已知,故必存在平衡点;

令,计算得到;

将其带入,可得;

将和带入;计算可得最优捕捞率。

答:根据题意可知渔场鱼量自然增长的模型,减去相应的捕捞量后的鱼量为;这里并不需要解方程以得到x(t)的动态变化过程,只希望知道渔场的稳定鱼量和保持稳定的条件,即时间t足够长以后渔场鱼量x(t)的趋向,并由此确定最大持续产量。为此可以直接求方程的平衡点并分析其稳定性。

令,计算其平衡点;

计算,将带入后得到,,故平衡点是稳定的。这说明只要捕捞适度,就可以让渔场的鱼量稳定在,应用**法:

由图可知,当h(x)和g(x)在的顶部相交时,可以获得最大的持续产量。令,得到稳定时的平衡点;

带入到中,得到。

将带入到,计算保持渔场鱼量稳定在的捕捞强度为。

答:该二阶微分方程可用一个二元微分方程组来表示;

将该二元微分方程组展开并整理得到方程组如下所示:

计算该方程组,求得平衡解如下:

1、对于平衡点,由于。

计算得到。由于,,故且。

由定理2.2可知,平衡点是不稳定的。

1)对于平衡点,由于。

带入平衡点可得。

已知,,如果,那么得到且。

根据定理2.2可知,当且时,平衡解是稳定的,则当时,。

2)对于平衡点,由于。

带入平衡点可得。

已知,,如果,那么得到且。

根据定理2.2可知,当且时,平衡解是稳定的,则当时,。

3)用图形分析方法解释上述情况:

由于平衡点是不稳定的,故只考虑。

对于线性方程组在平面上代表2条直线和,其中和分别对应如下:

上式中和代表直线在平面图横轴和竖轴的坐标;和代表直线在平面图横轴和竖轴的坐标。

当纵坐标为0时,计算得,;

当纵坐标为0时 ;

第一种情况:令且,得到,将第一区域分为3个部分,如图所示:

在区域i中,,,即随着t的增加而增加,并且当经过直线时,有,所以,即切线是垂直的,也就是说,相轨曲线是以垂直方向进入到区域ii。

在区域iii中,,,即随着t的增加而减少,并且当经过直线时,有,所以,即切线是水平的,也就是说,相轨曲线是以水平方向进入到区域ii。

在区域ii中,,,即随着t的增加而减小,随着t的增加而增加,最终趋于0,最终趋于。

第二种情况:令且,得到,将第一区域分为3个部分,如图所示:

在区域i中,,,即随着t的增加而增加,并且当经过直线时,有,所以,即切线是水平的,也就是说,相轨曲线是以水平方向进入到区域ii。

在区域iii中,,,即随着t的增加而减少,并且当经过直线时,有,所以,即切线是垂直的,也就是说,相轨曲线是以垂直方向进入到区域ii。

在区域ii中,,,即随着t的增加而增加,随着t的增加而减小,最终趋于,最终趋于0。

解:先建立描述微分方程组的外部函数,文件名为:

functionxdot = lorenz(t, x)

xdot = 8/3*x(1)+x(2)*x(3);

10*x(2)+10*x(3);

x(1)*x(2)+28*x(2)-x(3)];

再调用ode45()求解。输入:

t,x]=ode45(@lorenz,[0 100],[0 0 1e-10]);

plot(x(:,2), x(:,1))

plot(x(:,2), x(:,3))

plot(x(:,3), x(:,1))

、和、、时,得出的图形为:

使其分别为、、和、、时,得出的图形为:

使其分别为、、和、、时,得出的图形为:

、和、、时,得出的图形为:

、和、、时,得出的图形为:

、和、、时,得出的图形为:

答:1)根据题意可得:药物流动服从一阶动力方程;

转换率是关于时间的常数,为比率常数。

根据题意可列微分方程如下。

在matlab中为方便计算,令;;;

计算得到。x =

c*exp(-a*t)

y =exp(-a*t)*exp(-b*t)*(a*c*exp(a*t))/a - b) -a*c*exp(b*t))/a - b))即。

根据题意已知。

利用最小二乘拟合,估计中的参数值。

建立的m文件,如下:

建立最小二乘法的m文件。

计算得到:即;;

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