Внутривидовая конкуренция в популяции с дискретным размножением.

Для популяций с дискретным размножением (некоторые виды растений, насекомых и т.д.) поколения четко разнесены во времени и особи разных поколений не сосуществуют. Численность такой популяции можно характеризовать числом N_t и считать t величиной дискретной — номером популяции.

Одна из моделей межвидовой конкуренции в этом случае выражается уравнением

 

Здесь R — скорость воспроизводства популяции в отсутствии внутривидовой конкуренции (математически это соответствует случаю а = 0). Тогда уравнение определяет просто изменение численности популяции по закону геометрической прогрессии: N_t = N₀ * R^t , где N₀ — начальная численность популяции.

Знаменатель в уравнении отражает наличие конкуренции, делающей скорость роста тем меньше, чем больше численность популяции; а и b — параметры модели.

Исходные параметры модели:

· R — скорость воспроизводства;

· B – тип зависимости падения скорости роста популяции от ее численности;

· N₀ – начальная численность популяции;

· а – параметр, характеризующий интенсивность внутривидовой конкуренции.

 

Характерная черта эволюции при b=1 — выход численности популяции на стационарное значение при любых значениях других параметров. Однако, в природе так бывает не всегда, и более общая модель при b≠1 отражает другие, более сложные, но реально существующие, виды эволюции. Этих видов модель описывает четыре:

1) монотонное установление стационарной численности популяции;

2) колебательное установление стационарной численности популяции;

3) устойчивые предельные циклы изменения численности популяции;

4) случайные изменения численности популяции без наличия явных закономерностей (динамический хаос).

Моделирование задачи – см. лаба №4 (1 часть)

Билет 12

Задание 1.

Если количество баллов, полученных при тестировании, не превышает 12, то это соответствует оценке «2»; оценке «3» соответствует количество баллов от 12 до 15; оценке «4» - от 16 до 20; оценке «5» - свыше 20 баллов. Составить ведомость тестирования, содержащую сведения: фамилия, количество баллов, оценка.

Вопросы:

1. С помощью каких средств может быть решена данная задача?

2. Сформулируйте этапы решения задачи с учащимися.

3. Постройте систему вопросов к учащимся по решению задачи.

4. Выделите основные знания и умения, которыми должны владеть учащиеся для решения этой задачи.

Задание 2.

Построить логистическую модель динамики численности биологической популяции с внутривидовой конкуренцией, провести моделирование с целью изучения характера эволюции популяции, используя табличный процессор (например, Excel), качественно проанализировать результаты.

Вопросы:

1. Выделите этапы математического моделирования, которые необходимо выполнить для решения данной задачи.

2. С какими целями создают и исследуют математические модели в экологии.

 

Ответы на оба вопроса:

1. Основные этапы математического моделирования:

1) Построение модели;

На этом этапе задается некоторый «нематематиче­ский» объект - явление природы, конструкция, экономический план, произ­водственный процесс и т. д. При этом, как правило, четкое описание ситуации затруднено. Сначала выявляются основ­ные особенности явления и связи между ними на качественном уровне, затем найденные качественные зависимости формулируются на языке матема­тики, то есть строится математическая модель. Это самая трудная стадия мо­делирования.

2) Решение математической задачи, к которой приводит модель;

На этом этапе большое внимание уделяется разработке алгоритмов и численных методов решения задачи на ЭВМ, при помощи которых результат может быть найден с необходимой точностью и за допустимое время.

3) Интерпретация полученных следствий из математической модели;

Следствия, выведенные из модели на язы­ке математики, интерпретируются на языке, принятом в данной области.

4) Проверка адекватности модели;

На этом этапе выяс­няется, согласуются ли результаты эксперимента с теоретическими следствиями из модели в пределах опреде­ленной точности.

Модификация модели.

На этом этапе происходит либо усложнение модели, чтобы она была более адекватной действительности, либо ее упрощение ради достижения практически приемлемого решения.

2. вопрос: Цели создания математических моделей в классической экологии:

1) Модели помогают выделить суть или объединить и выразить с помощью нескольких параметров важные разрозненные свойства большого числа уникальных наблюдений, что облегчает экологу анализ рассматриваемого процесса или проблемы.

2) Модели выступают в качестве "общего языка", с помощью которого может быть описано каждое уникальное явление, и относительные свойства таких явлений становятся более понятными.

3) Модель может служить образцом "идеального объекта" или идеализированного поведения, при сравнении с которым можно оценивать и измерять реальные объекты и процессы.

4) Модели действительно могут пролить свет на реальный мир, несовершенными имитациями которого они являются.

Популяция – совокупность особей одного вида, существующих в одно и то же время и занимающих определенную территорию.

Взаимодействие особей внутри популяции определяется внутривидовой конкуренцией.