Демографическая задача. Модель Мальтуса




ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ

При исследовании эволюции экономических систем эффективными являются модели, где независимой переменной является время t. В таких моделях применяется аппарат теории дифференциальных уравнений.

Определение 1. Уравнение, содержащее независимую переменную x, неизвестную функцию у и ее производные называется дифференциальным уравнением:

или

Определение 2. Порядок “старшей” производной называется порядком дифференциального уравнения.

Решить дифференциальное уравнение – это значит, определить функцию , удовлетворяющее этому уравнению.

Простейшее дифференциальное уравнение вида мы уже решали, так как находили . Мы знаем, что интеграл определяется с точностью до произвольного постоянного слагаемого. То есть решение простейшего дифференциального уравнения содержит произвольную постоянную. Решения более сложных дифференциальных уравнений также находятся с точностью до произвольных постоянных (возможно, нескольких). Конкретная функция, удовлетворяющая заданному уравнению, называется его частным решением. Решение, содержащее всевозможные произвольные постоянные, называется общим решением.

Число произвольных постоянных в общем решении равно порядку дифференциального уравнения.

Пример 1.

Представим Тогда или

Отсюда

Интегрируя, получим:

Общее решение:

 

Дифференциальное уравнение первого порядка

С разделяющимися переменными

Так называются уравнения вида . Запишем производную в виде отношения дифференциалов: и разнесем в разные части выражения, содержащие и . Мы получим равенство двух дифференциалов: . После интегрирования правой части по , а левой – по мы получим слева функцию, зависящую от , а справа – функцию, зависящую от , отличающиеся на константу: .

Пример 2.

Подставим

Отсюда Подставим в общее решение:

 

 

Демографическая задача. Модель Мальтуса

Пусть в момент времени t численность населения (или популяции биологическихобъектов: бактерий, вирусов, диких животных) составляет N (t),

а в некоторый фиксированный момент времени t 0 составляет N 0, причем N 0 – известная величина. Необходимо определить закон изменения во времени численности населения.

Производная – скорость изменения численности населения N (t). Если то N (t) возрастает, а если то N (t) убывает. Так как

скорость изменения численности населения пропорциональна самой численности населения N (t), то динамика численности населения описывается

дифференциальным уравнением

(1)

где = const – параметр, определяемый разностью между рождаемостью и смертностью. Преобразуем уравнение (1).

= или =

Отсюда .

Интегрируя, получим: . Тогда общее решение уравнения (1) запишется в виде:

. (2)

Так как при t =t 0 N = N 0, то из (2) следует . Поэтому окончательно получаем:

(3)

Найденное решение описывает закономерности изменения численности популяции, радиоактивного распада, процесса размножения бактерий, вирусов и т.д.

Актуальность демографической задачи для экономики заключается в том, что ее решение в масштабах региона или целого государства позволяет определять приток трудовых ресурсов в будущем.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-08-08 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: