三維Lotka-Volterra系統的全局扇形穩定性

周 武, 陸征一

(1. 西南民族大學 計算機科學與技術學院, 四川 成都 610041; 2. 四川師范大學 數學與軟件科學學院, 四川 成都 610066)

三維Lotka-Volterra系統的全局扇形穩定性

周 武1, 陸征一2

(1. 西南民族大學 計算機科學與技術學院, 四川 成都 610041; 2. 四川師范大學 數學與軟件科學學院, 四川 成都 610066)

將Volterra-Lyapunov矩陣穩定性蘊含全局扇形穩定的結論推廣到三維情形,得到了Volterra-Lyapunov矩陣半穩定性蘊含全局扇形穩定.

Volterra-Volterra半穩定; 邊界平衡點; 全局穩定性

考慮如下Lotka-Volterra系統

(1)

關于此系統正平衡點的存在性及其全局穩定性,特別是在相互作用矩陣A=(aij)n×n的Volterra-Lyapunov穩定性和平衡點的局部穩定下,對于鏈型系統[1-4]、環形系統[4-5]和一般系統[1,6-7]的全局穩定性研究已經有很多結果,這些問題的解決最終都化為LaSalle不變集的確定,一旦其LaSalle不變集得到確定[1,7],就可得到系統的全局動力學行為.

本文利用Volterra-Lyapunov函數,將邊界平衡點的穩定性問題化為系統對應的LaSalle不變集的確定問題,通過分析其LaSalle不變集的結構,得到系統的全局扇形穩定性.

考慮三維系統

(2)

為了討論扇形穩定性,本文給出幾個相互作用矩陣的穩定性概念.

定義2[7]矩陣A稱為是Volterra-Lyapunov穩定的,如果存在正對角矩陣C,使得CA+ATC負定.

定義3[1]矩陣A稱為是Volterra-Lyapunov半穩定的,如果存在正對角矩陣C,使得CA+ATC半負定.

對于Lotka-Volterra系統正平衡點的全局穩定性來說,相互作用矩陣A為Volterra-Lyapunov穩定是充分的[1,6-7].而A為Volterra-Lyapunov半穩定是不夠的,還需要矩陣的結構或平衡點的局部漸進穩定性作為附加條件[3,7].

例1

(3)

1 主要結果

(4)

又因為A為Volterra-Lyapunov半穩定的,故存在正對角矩陣C=diag(c1,c2,c3),使得Volterra-Lyapunov函數

V(x)=c1x1+c2(x2-lnx2)+c3(x3-lnx3)

滿足

(5)

(6)

(7)

(8)

情況3當秩(B)=1時,不妨設

當b12=b13=0時,x1=0,故有

(9)

代入(4)式有

(10)

綜上,定理得證.

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Global Sector Stability for Three-dimensional Lotka-Volterra Systems

ZHOU Wu1, LU Zhengyi2

(1.SchoolofComputerScienceandTechnology,SouthwestUniversityforNationalities,Chengdu610041,Sichuan;2.CollegeofMathematicsandSoftwareScience,SichuanNormalUniversity,Chengdu610066,Sichuan)

The global stability for a positive equilibrium of a three-species Lotka-Volterra system is generalized to the global stability for a nonnegative equilibrium under the Volterra-Lyapunov stability for the interaction matrix of the system.

Volterra-Volterra semistability; boundary equilibrium; global stability

2016-08-30

高等學校博士學科點專項科研基金(20115134110001)

周 武(1962—),男,副教授,主要從事運籌學與控制論及微分方程的研究,E-mail:744971475@qq.com

O193

A

1001-8395(2017)05-0606-03

10.3969/j.issn.1001-8395.2017.05.007

2010MSC:34D05

(編輯 周 俊)