Competencia y Predacion

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    r  =  r(t, x)

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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     n

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

       

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    dx

    dt  = rx

     

    x  

      t  

      r  

     

    r >   0  

    r   0

     

     x0 >  0

     

     

     x(t) = 0

      r <   0    

    x(t) = 0  

      x(t)  

     

     

     x

       t

     

     x0

    Crecimiento exponencial, r 

    0

    2 4 6 8 10t 

    2

    4

    6

    8

     x 

    Decrecimiento exponencial, r 

    0

    2 4 6 8 10t 

    2

    4

    6

    8

     x 

     

       

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     r

       f (x)

       x

     

     x(t)

     

    dx

    dt  = f (x) x

     

    dx

    dt

      = r 1 −  x

    K x

     

     r >   0

        

     K > 0

       

       

    x(t)

     

    x(t) =  K 

    K x0

    − 1

    e−rt + 1, x0 = 0

     

     

     

     

     x(t)

     

     x   = 0

     

    x =  K 

     x K 

     x 0

    Comportamiento decreciente de las soluciones

    Comportamiento creciente de las soluciones

    2 4 6 8t 

    0.5

    1.0

    1.5

    2.0

     x

     

       

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     x(t) = 0

     

    x(t) =  K   

     x(t)

     x0   2.0

     x0   10.0

     x0   0.02

    2 4 6 8t 

    0.5

    1.0

    1.5

     x K 

     

     x

     

     x(t)

     

     x

     

     

     

         

     

     

     

     

     

     

     

     

    dx

    dt  = −r

    1 −   x

    1 −   x

    x

     

     T > 0

           K 

       K > T 

     

     

    x |x − K |T 

    K−

    T  |x − T |−  K

    K−

    T  = x0 |x0 − K |T 

    K−

    T  |x0 − T |−  K

    K−

    T  e−rt

       

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     x0

    •   x0 < T 

    •   T < x0 < K 

    •   x0 > K 

     

     x   = 0

       x   =   T 

       x   =   K 

     

     x Π

     x 0

     x K 

    Comportamiento decreciente de las soluciones

    Comportamiento creciente de las soluciones

    Comportamiento decreciente de las soluciones

    2 4 6 8t 

    0.5

    1.0

    1.5

    2.0

    2.5

     x

     

     x   = 0

       x   =   K 

     

     x =  T 

     

     T   = 1

       K  = 2

       x(t)

     

     xt  K 

     xt  T 

    1 2 3 4 5 6 7t 

    0.5

    1.0

    1.5

    2.0

    2.5

    3.0

     x

     

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

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     h(t)

       h

     

     x(t)

    dx

    dt  = r

    1 −   x

    x − h(t)

         h(t) =   H 

     

     H 

    dx

    dt   = r 1 −   xK x − H 

    x1 =K −

     K 2 −   4HK 

    r

    2  ;   x2 =

    K  + 

    K 2 −   4HK r

    2

     K 2 −   4HK 

    r    rK 4  

     

     x0    r   = 1 

    K  = 1   H  = 0,3 >   14  

    2 4 6 8 10 12t 

    0.5

    1.0

    1.5

     x 

    H >   rK 4

     H   =   rK 4    x1   =

      K 2    x0   >

      K 2  

     

    dxdt

     

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    12/155

     

     xt  x1 K 

    2

    2 4 6 8 10 12

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    1.2

    1.4

     x

    H  =   rK 4

     H <   rK 4    x1     x2  

    •    x0 < x1    dx

    dt   0

       x2

    •    x0   > x2    dx

    dt      

     x2

     x0    r   = 1 

    K  = 1   H  = 0,2

       x1 = 0,276     x2 = 0,724

     x 2

     x 1

    2 4 6 8 10 12

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

    1.2

     x 

    H <   rK 4

     x1  

     

    x2  

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    13/155

     

     x0 < x1  

     

        x0    H c  =   rK 4    

    H   

      H   H c    

    x∞    H > H c    

     

         

     H   H c

     H  H c

     H   H c

    2 4 6 8 10 12

    0.5

    1.0

    1.5

    2.0

    2.5

     x

     H > H c

     

     

     

     h(t)

     

     h =  h(t, x)

     

     h(t) = H 

     

     

     

     

     

     

     

     

    ∆y =  yn+1 − yn  =  r 1 − ynK  yn    

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

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     yn    n

    r

    K (1 + r)yn  =  xn;

      r

    K (1 + r)yn+1 =  xn+1

    xn+1 = (1 + r)xn(1 − xn)

    1 + r =  R

    xn+1 =  Rxn(1 − xn)  

    R  

    x −→ f (x) = Rx(1 − x)    

     

     

     R

     

     

    x  

      x ∈   [0, 1]  

      x  

     

     x <   0

       1 − x >   0    Rx(1 − x)  

     xn+1   =  Rxn(1 − xn)  

     [0, 1]

       x > 1

       1−x  4    x  

    [0, 1]

     

     R

       f (x)

       x

     

     xn    f (xn)  

     f (xn)  

     xn+1  

     

     xn    n 

    •   0     R     1    x  −→   Rx(1 − x)    x   = 0   

    R   = 0,5  

     x

     

     [0, 1]

     

     

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    15/155

     

     R 0.5

    1 2 3 4 5 6n

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

     xn

     

    •   1 < R  0  

      xn+1  = Rε(1 − ε)   

    ε  

      R(1 − ε) >  1  

      R  

     xn+1 > ε  

    xn    x0    

    xf   = 1

    −1R  

      f (x) =R(1− 2x)    f (xf ) = 2 −R    |f (xf )|

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    16/155

     

     R 2.8

    5 10 15 20n

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

     xn

     xf   = 1 −   1R

     R = 2,8

     

     

    R >  3  

     

     x

    •    R = 3        

    R  

      x = 1 −   1R  

     x1     x2  

     R = 3,1

     

     

     R 3.1

    10 20 30 40 50n

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

     xn

     

    •    R    

    x1     x2    

    R   = 3,44  

     

     R   = 3,5

     

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    17/155

     

     

     

     

      x0

     R 3.5

    10 20 30 40 50 60n

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

     xn

     

    •  

     R = 3,54

     

     R   = 3,564

     

     

     R 3.564

    100 200 300 400 500 600n

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

     xn

     

    •    R    

    R = 3,5699457 · · ·        

     R  = 3,6786

     

     

    R = 1 +√ 8 =    

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    18/155

     

    3,8284 · · ·    R = 3,62 

    R = 4  

     R 3.62

    500 1000 1500 2000 n

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

     xn

     R 4

    500 1000 1500 2000 n

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1.0

     xn

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    19/155

     

     

     

     

    dxdt

     

     

     r

    r =  r(t)

     r(t)

     x(t)

     

    dx

    dt  = r(t)  x

     

    r(t)  

      r(t) = n(t) − m(t)

    •   n(t)  

    •   m(t)  

    •   r(t)  

     x(0) = x0

    x(t) = x0e´ t0 r(s)ds

     r(t) r0 >  0    t > t0  

     

    x(t) = x0e´ t0 r(s)ds x0e

    ´ t0 r0ds = x0e

    r0t −→ ∞  

      t → ∞  

    r(t) = log(t + 3)  

     t >  0

     

    1 2 3 4t 

    0.5

    1.0

    1.5

     x 

     

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    20/155

     

     r(t)   −r1   t0  

     

    0 x(t) = x0e´ t0  r(s)ds

    x0e´ t0 −

    r1ds

    = x0e−r1t

    −→ 0    t → ∞  

    r(t) = −0,5log(t + 3)  

    1 2 3 4t 

    0.5

    1.0

    1.5

     x 

     

     

    r(t) → 0  ´ ∞0   |r(s)|ds < ∞    

    x(t)  

      a =´ ∞0   |r(s)|ds

    ĺımt→∞

    x(t) = x0e´ ∞

    0  r(s)ds x0e

    ´ ∞

    0  |r(s)|ds = x0ea < ∞

     r(t)

     

     

     r(t)

       T 

     

     r(t + T ) = r(t)

    R =

    ˆ   T 0

    r(s)ds

     

    x(t) → ∞    R > 0    k    

    [0, t)  

    [0, t) = [0, kT ) ∪ [kT,t)  

    x(t) = x0e´ t0 r(s)ds = x0e

    ´ kT 0

      r(s)dse´ tkT 

     r(s)ds = x0ekRe

    ´ tkT 

     r(s)ds

     r(t)

     

    ´  tkT 

     r(s)ds   =´  t−kT 0   r(s)ds  

    t1 =  t − kT     t1 ∈ [0, T )

    x(t) = ekR

    x0e´ t10   r(s)ds

    = ekR

    x(t1)

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    21/155

     

      ∞    t → ∞    k → ∞    x(t1)   >   0    t1  

    x(t) →   0    R <   0

       R   = 0

     x(t)

     

      2π

    r(t) =

      (sen t)2,5

     t ∈ [0, π)

    −(sen t)2,5   t ∈ [π, 2π)

     R =

    ´  2π0   r(s)ds = 0  

    2 4 6 8 10 12t 

    1

    2

    3

    4

    5

    6

     x 

     

     r  = r(t, x)

     r

     

     

     x

     

     n(t, x)

     m(t, x)

       x

    ∂n(t, x)

    ∂x   0

     r(t, x) = n(t, x) − m(t, x)

    ∂r(t, x)

    ∂x 

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    22/155

     

     x

     

    1

     px

    d( px)

    dt  =

      1

    x

    dx

    dt  

     p >  0

    r(t, x) = r(t,px)

     xmax  

    r(t, x) = r

    t,

      x

    xmax

    ;   xmax >  0

     r(t, x)

       x

       r(t, x) = r

    t,   x

    xmax  

     

    x = 0

    r(t, x) = r0(t) + r1(t)

      x

    xmax

    + r2(t)

      x

    xmax

    2+ · · ·

     r0(t)   >   0    x  

     (t, x)

       r(t, x)

     

     x

     

      xxmax

      1

    r(t, x) = r0(t) + r1(t)

      x

    xmax

     =  r0(t)

    1 +

      r1(t)

    r0(t) xmaxx

     

    ∂r(t,x)∂x

     

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    23/155

     

     T 

     

    dxdt   = r(t)1 −   xK x

     

    x(t) =  K 

    K x0

    − 1

    e−´ t0 r(s)ds + 1

     r(t)

       t =  nT +t1    t1 ∈ [0, T )    r(t) = r(t1)

     R  =

    ´  T 0   r(s)ds

    ´  t0 r(s)ds  =  nR  +

    ´  t10   r(s)ds  

    x(t) = x(nR + t1) =  K 

    e−nR

    K x0

    − 1

    e−´ t10

      r(s)ds + 1

    •    R > 0    x(t) → K     t → ∞•

     

      R  0  

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    24/155

     

     

    dxdt   = r1 −   xK (t) x;   K (t) >  0  

     

    y =  x−1

    dy

    dt  = −ry +   r

    K (t)

     y(t)

       µ(t) = ert

     

     y

    y(t) = e−rt

    r

    ˆ   t0

    ers

    K (s)ds + y0

     x

    x(t) =  x0e

    rt

    x0r´  t0

    ers

    K (s)ds + 1

     x(t)

       K (t)

     

     T 

       t   =   nT   + t1    t1 ∈   [0, T )  

    ˆ   t0

    ers

    K (s)ds =

    n

     j=1ˆ   jT ( j

    −1)T 

    ers

    K (s)ds

       I 1

    +

    ˆ   nT +t1nT 

    ers

    K (s)ds

       I 2  

    I 1    v =  s − ( j − 1)T 

    I 1 =

    ˆ   jT ( j−1)T 

    ers

    K (s)ds =

    ˆ   T 0

    er(v+( j−1)T )

    K (v + ( j − 1)T ) dv =  er( j−1)T 

    ˆ   T 0

    erv

    K (v)dv

     K (t)

       T 

     

    K (v + ( j − 1)T ) = K (v)  

    ´  T 0

    erv

    K (v)dv =  pr  

      p

    I 1 =  p

    rer( j−1)T 

    n j=1

     p

    rer( j−1)T  =

      p

    r

    n j=1

    erT 

     j−1=

      p

    r

    1 − ernT 1 − erT 

     I 2    v =  s − nT 

    I 2  =

    ˆ   nT +t1nT 

    ers

    K (s)ds =

    ˆ   t10

    er(v+nT )

    K (v + nT )dv =  ernT 

    ˆ   t10

    erv

    K (v)dv

     p

    r

    1 − ernT 1 − erT 

      + ernT  ˆ   t1

    0

    erv

    K (v)dv

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    25/155

     

    x(t) = x(nT  + t1) =  x0e

    rnT ert1

    x0  p1−ernT 1−erT    + rernT  ́   t10 ervK (v)dv + 1=

      x0ert1

    x0

     p e−rnT −11−erT    + r

    ´  t10

    erv

    K (v)dv

    + e−rnT 

     x(nT  + t1)    n → ∞  

     x(t)

       t → ∞

     

     x∞ :  R+ → R+

    ĺımt→∞ |x(t) − x∞(t)| = 0

     

    x∞    t1 ∈ [0, T )    x(t)    nT  + t1  

    t1

    ĺımn→∞x(nT  + t1)

     x∞(t1)  

     x∞ : [0, T ) → R+   t ∈ [(k − 1)T,kT )  

    x∞(t) =  x∞(t − kT )    x∞    

    R+

      |x(t) − x∞(t)| →   0    t → ∞    

    tk → ∞    |x(tk) − x∞(tk)| →  0    tk   =  nkT  + sk  nk → ∞    sk  

    2πS

     S1

     [0, T )

       [0, T ]

     T  ≡ 0

    |x(tk) − x∞(tk)| = |x(nkT  + sk) − x∞(nkT  + sk)| = |x(nkT  + sk) − x∞(sk)|

     x∞  

     x(nkT +sk) → x∞(sk)    k → ∞    sk    k  

     x∞    t1

     sk → s∗    s∗ ∈ [0, T )  

    |x(nkT  + sk) − x∞(sk)|     |x(nkT  + sk) − x(nkT  + s∗)|+   |x(nkT  + s∗) − x∞(s∗)|   

    →0  

      x∞

    +   |x∞(s∗) − x∞(sk)|   →0

       x∞

     x

     

     0  < K 1    K (t)    K 2    K 1     K 2  

     

    dxdt

    rx1 −  x

    K 1  dx

    dt  rx1 −

      x

    K 2    

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    26/155

     

     x

       L

     

     sup

    dxdt

     

      |x(a) − x(b)|     L |a − b|  

      |x(nkT  + sk) − x(nkT  + s∗)|  L

    |nkT  + sk

    −nkT 

     −s∗

    |= L

    |sk

    −s∗

    | →0

       sk

     →s∗

      sk    

    s∗  

     sk  

     s∗

    x∞(t) = x∞(nT  + t1) = x∞(t1) =  ert1

     perT −1 + r

    ´  t10

    erv

    K (v)dv

     x∞(t)    T   

     x0  

     

    K   =´  T 0   K (t)dt    K (t)    T  

     r  = 0,5

       K (t) =

    2+s en2t  

     

    dx

    dt  = 0,5

    1 −   x

    2 + sen 2t

    x

     

    x(0) = 1,0

    x(0) = 2,2

     x

    K t 

    2 4 6 8 10t 

    0.5

    1.0

    1.5

    2.0

    2.5

    3.0

     x

     

     

     

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    27/155

     

     x∞(t)  

     x∞(t)  

    x∞ =   1T 

    ˆ   T 0

    x∞(t)dt ≈ 1,747

     K (t)

     

     K (t)

       x(t)

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    28/155

         

       

       

     

     

     

    •      

    •      

    •      

     

     

     

     

     

     

       

    dx

    dt  = f (x)

     

     x ∈ Rn   f   :  Rn → Rn  f   

     

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    29/155

     

       t →  x(t)  

    I  ⊂ R  

      Rn  

      dx(t)dt

      = f (x(t))  

       

    x(t)  

     t   = 0

     

    x(0) = x0    x0 ∈ Rn

       G ⊂   Rn  

    f   :   G →  Rn  

    x ∈ G   x0 ∈  G  

     ẋ   =   f (x)

       x(t0) =   x0    x   :   I  →   U   

     I 

       t0  

     f 

     

       x1    f (x1) = 0

     x(t) = x1

       

    Rn  

    x(t)  

      n = 2

        {t, x(t)} ∈  Rn+1

     

       z

     

      dxdt

      =   f (x)  

     U 

     

     W 

       W 

       U 

     

     x0 ∈ W     x(t) ∈ U     t 0

       z

     

     W 

       z

     

    x(t) → z    t → ∞    x0 ∈ W 

       

     x0    x(t) → z    z  

     x0    W   

     z

       x0    U     y ∈   U   

     y(t)

       y(0) = y0    w ∈ W   

     

     x(t)

       y0    t0  

     y(t) = x(t + t0)    y(0) = y0    y(t) → z

     t → ∞

       x(t) → z

       t → ∞

       

  • 8/17/2019 Competencia y Predacion

    30/155

     

       z

     

     

     

     

      y  

     

    dxdt

      =   x(a − by)dydt

      =   y(−c + dx)  

     a

       b

       c

       d

     

    dx

    dt   = ẋ  

    •    y   = 0    dxdt   =ax,

       a

       x

     

     

     

    •    x  = 0    dydt

      =

    −cy  

    c  

      y

    •    b >   0    −bxy    

     xy

     

    •    d > 0    dxy    

     

     

    dxdt

     

    dydt

     

      x     y    1x dxdt   1y dydt  

    1x

    dxdt

      =   a − by1y

    dydt

      =   −c + dx

     

    x   y

     

     x

       y