Математические модели в естественнонаучном образовании. Том I

Однако это не означает, что переходные процессы не вызывают интереса, поскольку реальные популяции вполне могут переживать кризисные ситуации, которые продолжают возвращать популяцию обратно на переходный этап.

Как правило, исследователей интересует долгосрочное поведение модели. Причина этого заключается в том, что изучаемая система не должна быть разрушена раньше, чем прекратятся переходные процессы. Часто, но далеко не всегда, долгосрочное поведение не зависит от точной численности исходной популяции. В модели

, долгосрочное поведение для большинства начальных значений заключается в том, что популяция становится очень близкой к

.

Заметим, что если

, то

, следовательно в дальнейшем численность популяции никогда не поменяется. Таким образом,

 является равновесием (или стационарной, фиксированной точкой) модели.

Определение.   Равновесным значением для модели

 является значение

 такое, что

. Это эквивалентно тому, что для модели

 существует значение

 такое, что

.

Нахождение равновесных значений сводится к решению уравнения равновесия. Для модели

, решив уравнение

 видим, что существует ровно два равновесных значения:

 и  

.

Вопросы для самопроверки:

– Графически тоже можно найти равновесия, выполнив поиск пересечения кривой

 с диагональной прямой. Почему это так?

Тем не менее, Равновесие все еще может иметь различные качественные особенности. В примере выше

 и

 являются равновесиями, но популяция, близкая к 0, имеет тенденцию отходить от 0, тогда как популяция близкая к 10 имеет тенденцию двигаться к 10.

Таким образом, 0 является неустойчивым или отталкивающим равновесием, а 10 является стабильным или притягивающим равновесием.

Предположим, что модель близка к описанию реальной популяции, стабильные равновесия – это те, которые можно наблюдать не только в живой природе. Поскольку любая система, вероятно, будет иметь небольшие отклонения от идеальной модели, даже когда популяция находится в состоянии равновесия, ожидается, что она будет меняться, по крайней мере, благодаря тем факторам, которые исключены из модели или изначально не принимались во внимание.

Однако, отклоняясь на небольшое расстояние от стабильного равновесия, наблюдаемое значение будет возвращаться к нему обратно. С другой стороны, если происходит отклонение от неустойчивого равновесия, то наблюдаемое значение остается в стороне.