
Model dravec-kořist Johna Maynarda Smithe
Uvažujme společenstvo typu dravec-kořist. Budeme předpokládat, že velikost samotné populace kořisti se vyvíjí podle logistického modelu Přípravné úvahy (14) s vnitřním koeficientem růstu a kapacitou prostředí
O velikosti populace dravců budeme předpokládat, že se vyvíjí podle Malthusovského modelu Přípravné úvahy (7) s růstovým koeficientem, který je přímo úměrný velikosti populace kořisti (čím více je kořisti, tím rychleji populace dravce roste). Pokud dravci nemají k dispozici žádnou kořist, bezprostředně vymírají (za časový interval jednotkové délky vymizí). Je-li populace kořisti v dynamické rovnováze se svým prostředím, tj. má velikost rovnu jeho kapacitě
pak v tomto prostředí může populace dravce přežívat; jinak řečeno, dravci jsou schopni invadovat do prostředí obsazeného stabilizovanou populací kořisti. Nakonec budeme předpokládat, že za jednotku času je jeden dravec schopen zlikvidovat množství kořisti úměrné její velikosti, tj. dravci loví kořist s konstantní intenzitou.
Označíme-li nyní resp.
velikost populace kořisti, resp. dravce, v čase
dostaneme model vývoje společenstva ve tvaru dvou diferenčních rovnic
|
(67) |
Přitom vyjadřuje intenzitu predace,
označuje konstantu úměrnosti mezi růstovým koeficientem dravce a velikostí kořisti. Předpoklad, že populace dravce je schopná růstu v prostředí s rovnovážnou velikostí populace kořisti, zapíšeme nerovností
Abychom formálně zjednodušili analýzu systému Aplikace (67), zavedeme bezrozměrné stavové veličiny
a bezrozměrný parametr Touto transformací získáme autonomní dvourozměrný systém
|
(68) |
Přitom pro parametry
platí
Systém Aplikace (58) je systémem tvaru Aplikace (47) s růstovými koeficienty
Jejich parciální derivace podle jednotlivých proměnných jsou
hodnoty těchto derivací nezávisí na hodnotách nezávisle proměnných.
V rovnovážném bodu platí
To podle Aplikace (49) znamená, že tento rovnovážný bod je nestabilní.
Poněvadž pro jakoukoliv hodnotu
nemá systém Aplikace (68) hranový rovnovážný bod tvaru
Pro první souřadnici hranového rovnovážného bodu
platí
tj. V tomto bodu platí
což podle Aplikace (53) znamená, že hranový rovnovážný bod
je nestabilní.
Souřadnice vnitřního rovnovážného bodu splňují soustavu (algebraických) rovnic
takže
Dostatečná podmínka Aplikace (57) stability tohoto rovnovážného bodu je nyní tvaru
První z těchto nerovností je splněna, neboť Druhá je splněna pro
a třetí pro
Konvergence řešení k vnitřnímu rovnovážnému bodu je podle Aplikace (58) monotonní, pokud
Tyto nerovnosti můžeme upravit na tvar
Celkem dostáváme výsledek: Nechť Pak existuje vnitřní rovnovážný bod
systému Aplikace (68). Je-li navíc
pak je tento rovnovážný bod asymptoticky stabilní; pokud přitom pak řešení konvergující k rovnovážnému bodu jsou od jistého indexu monotonní. Je-li
pak tento rovnovážný bod nestabilní.
Vrátíme se k původnímu modelu Aplikace (67). Jestliže parametry růstu a interakcí populací dravce a kořisti modelovaných systémem Aplikace (67) splňují nerovnosti
pak je možná koexistence těchto populací. Pokud přitom
je tato koexistence stabilní, velikosti populací se ustálí na hodnotách
Pokud ovšem koexistence není stabilní, tak z toho ještě neplyne, že by některá z populací musela vymřít.