问题 解答题

当兔子和狐狸处于同一栖息地时,忽略其他因素,只考虑兔子数量和狐狸数量的相互影响,为了简便起见,不妨做如下假设:

(1)由于自然繁殖,兔子数每年增长10%,狐狸数每年减少15%;

(2)由于狐狸吃兔子,兔子数每年减少狐狸数的0.15倍,狐狸数每年增加兔子数的0.1倍;

(3)第n年时,兔子数量Rn用表示,狐狸数量用Fn表示;

(4)初始时刻(即第0年),兔子数量有R0=100只,狐狸数量有F0=30只.

请用所学知识解决如下问题:

(1)列出兔子与狐狸的生态模型;

(2)求出Rn、Fn关于n的关系式;

(3)讨论当n越来越大时,兔子与狐狸的数量是否能达到一个稳定的平衡状态,说明你的理由.

答案

(1)∵兔子数每年增长10%,狐狸数每年减少15%,兔子数每年减少狐狸数的0.15倍,狐狸数每年增加兔子数的0.1倍

Rn=1.1Rn-1-0.15Fn-1
Fn=0.1Rn-1+0.85Fn-1
(n≥1)…4’

(2)设

αn
=
Rn
Fn
M=
1.1
0.1
-0.15
0.85

αn
=M
αn-1
=M(M
αn-2
)=…=Mn
α

又矩阵M的特征多项式f(λ)=

.
λ-1.1
-0.1
0.15
λ-0.85
.
2-1.95λ+0.95=(λ-1)(λ-0.95)

令f(λ)=0得:λ1=1,λ2=0.95

特征值λ1=1对应的一个特征向量为

α1
=
3
2

特征值λ2=0.95对应的一个特征向量为

α2
=
1
1
…6’

α0
=
100
30
=70
3
2
-110
1
1
=70
α1
-110
α2

αn
=Mnα0=70
λn1
α1
-110
λn2
α2
=70
3
2
-110•0.95n
1
1
=
210-110•0.95n
140-110•0.95n

Rn=210-110•0.95n
Fn=140-110•0.95n
…14’

(3)当n越来越大时,0.95n越来越接近于0,Rn,Fn分别趋向于常量210,140.即随着时间的增加,兔子与狐狸的数量逐渐增加,当时间充分长后,兔子与狐狸的数量达到一个稳定的平衡状态.…2’

单项选择题
判断题