问题 解答题

自然状态下的鱼类是一种可再生资源,为持续利用这一资源,需从宏观上考察其再生能力及捕捞强度对鱼群总量的影响。用xn表示某鱼群在第n年年初的总量,n∈N*,且x1>0,不考虑其它因素,设在第n年内鱼群的繁殖量及捕捞量都与xn成正比,死亡量与xn2成正比,这些比例系数依次为正常数a,b,c。(Ⅰ)求xn+1与xn的关系式;

(Ⅱ)猜测:当且仅当x1,a,b,c满足什么条件时,每年年初鱼群的总量保持不变?(不要求证明)(Ⅲ)设a=2,b=1,为保证对任意x1∈(0,2),都有xn>0,n∈N*,则捕捞强度b的最大允许值是多少?证明你的结论。

答案

解:(Ⅰ)从第n年初到第n+1年初,鱼群的繁殖量为axn,被捕捞量为bxn

死亡量为

因此,

(Ⅱ)若每年年初鱼群总量保持不变,则xn恒等于x1,n∈N*,

从而由(*)式,得恒大于0,n∈N*,

所以,

因为x1>0,所以a>b,

猜测:当且仅当a>b,且时,每年年初鱼群的总量保持不变.

(Ⅲ)若b的值使得xn>0,n∈N*, 由xn+1=xn(3-b-xn), n∈N*,

知0<xn<3-b,n∈N*,

特别地,有0<x1<3-b,即0<b<3-x1

而x1∈(0, 2),所以b∈(0,1], 由此猜测b的最大允许值是1。

下证:当x1∈(0, 2) ,b=1时,都有xn∈(0, 2), n∈N*,

①当n=1时,结论显然成立;

②假设当n=k时结论成立,即xk∈(0, 2),则当n=k+1时,xk+1=xk(2-xk)>0,

又因为xk+1=xk(2-xk)=-(xk-1)2+1≤1<2,

所以xk+1∈(0, 2),故当n=k+1时结论也成立;

由①、②可知,对于任意的n∈N*,都有xn∈(0,2),

综上所述,为保证对任意x1∈(0, 2), 都有xn>0, n∈N*,则捕捞强度b的最大允许值是1。

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