スタートページJavascript美しい数式グラフ未分類

ロジステック曲線 差分方程式






ロジステック曲線は、生物の個体数 u の時間的増減を表すのによく用いられます。
個体数の増加は、現在の個体数に比例して増加するとして、その比例定数を α
食料や生息領域等による個体数の飽和度に比例するとして、その比例定数を β
とすると du/ct = αu * β(1-u) で表されます。
この微分方程式を解くと x(t) = αeαt/(1 + βeαt となり、
最初は急激に増加しても、次第に緩やかになり、最大値 1/β に収束します。

●時間的推移(上図)
この微分方程式を差分方程式に変形すると、
  x[n+1] = a x[n](1-x[n])       ( a = 1+α・dt,  x[n] = αdt/1+α・dt)βu[n] )
    t[n] = t[0] * n*dt
となります。
連続系を離散系で近似することにより、xは、aの値により、多様な変化をします。
  0     < a < 1    単調減少して0に収束
  1     < a < 2    単調減少して安定値に収束
  2     < a < 3    減衰振動して安定値に収束
  3     < a < 1+√6  安定な2つの値の間を周期振動
  1+√6 < a         周期振動、またはランダムな振動

●振動分布(下図)
一定時間を経過した後のxの分布をグラフにしたものです。横軸に a, 縦軸に x[n] がとられています。