Solución numérica de un modelo eco-epidemiológico de tipo depredador-presa usando un esquema de diferencias finitas no estándar
En este trabajo, desarrollamos un esquema de diferencias finitas no estándar, para obtener soluciones numéricas de un modelo depredador-presa de tipo eco-epidemiológico donde el depredador distingue entre presas susceptibles e infectadas. El modelo analiza el importante ecosistema presente en el lag...
- Autores:
-
Barajas Calonge, Juan David
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2019
- Institución:
- Universidad de Córdoba
- Repositorio:
- Repositorio Institucional Unicórdoba
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- https://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/2198
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En este trabajo, desarrollamos un esquema de diferencias finitas no estándar, para obtener soluciones numéricas de un modelo depredador-presa de tipo eco-epidemiológico donde el depredador distingue entre presas susceptibles e infectadas. El modelo analiza el importante ecosistema presente en el lago Salton el cual está ubicado en el sur de California, Estados Unidos. En este ecosistema las aves (específicamente pelícanos) depredan a los peces (específicamente tilapias) que, en su mayoría, están infectados por la bacteria clostridium botulinum. El esquema numérico diseñado preserva las características del modelo continuo como son la positividad, acotamiento y estabilidad del punto libre de infección de entre las más importantes. Además, el esquema propuesto muestra un comportamiento robusto con diferentes parámetros de simulación. |
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Además, el esquema propuesto muestra un comportamiento robusto con diferentes parámetros de simulación.1. Introducción al modelamiento matemático de enfermedades infecciosas 11.1. Los inicios de la Biología Matemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Breves nociones de Epidemiología Matemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32. Modelo continuo 72.1. Positividad y Acotamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.1.1. Positividad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.1.2. Acotamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.2. Equilibrio del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2.1. Puntos de equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.2.2. Interpretación ecológica de las condiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.3. Estabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153. Modelo discreto 193.1. Nociones básicas de discretización en diferencias finitas no estándar . . . . . . . . . . 193.1.1. Reglas para discretizar usando diferencias finitas no estándar . . . . . . . . . . 203.1.2. Un ejemplo motivacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2. Construcción del esquema de diferencias finitas no estándar (NSFD) . . . . . . . . . . 243.3. Acotamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.4. Puntos de equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.5. Estabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.6. Simulaciones Numéricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.6.1. Primera simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.6.2. Segunda simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384. Conclusiones y trabajos futuros 41A. Códigos en MATLAB 43A.1. Código para el ejemplo motivacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43A.2. Código para las simulaciones numéricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45B. Demostraciones de los lemas 51B.1. Demostración del Lema 2.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51B.2. Demostración del criterio de Jury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Bibliografía 55PregradoEstadístico(a)application/pdfspaCopyright Universidad de Córdoba, 2020https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/info:eu-repo/semantics/restrictedAccessAtribución-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_16ecSolución numérica de un modelo eco-epidemiológico de tipo depredador-presa usando un esquema de diferencias finitas no estándarTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/publishedVersionTexthttps://purl.org/redcol/resource_type/TPhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85[1] J. Biazar y M. Eslami. «Differential transform method for quadratic Riccati differential equa- tion». En: International Journal of Nonlinear Science 9.4 (2010), págs. 444-447.[2] F. Brauer y C. Castillo-Chávez. Mathematical models in population biology and epidemiology. Springer- Verlag, 2001.[3] A. Buseri y D. Melese Gebru. «Mathematical Modelling of a Predator-Prey Model with modi- fied Leslie-Gower and Holling-type II Schemes». En: Global Journal of Science frontier research 17.3 (2017).[4] J. Chattopadhyay, P. Srinivasu y N. Bairagi. «Pelicans at risk in Salton Sea-an eco-epidemiological model-II». En: Ecological Modelling 167.1 (2003), págs. 199-211.[5] R. Corless, C. Essex y M. Nerenberg. «Numerical methods can suppress chaos». En: Physics Letters A 157.1 (1991), págs. 27-36.[6] S. Elaydi. An Introduction to Difference Equations. Springer, 2004.[7] D. Greenhalgh, J. Khan Qamar y J. Pettigrew. «An eco-epidemiological predator-prey model where predators distinguish between susceptible and infected prey». En: Mathematical Methods in the Applied Sciences 40.1 (2017), págs. 146-166.[8] M. Haque. «A predator-prey model with disease in the predator species only». En: Nonlinear Analysis: Real World Applications 11 (2010), págs. 2224-2236.[9] E. Keller. Making Sense of Life. Harvard University Press, 2002.[10] G. C. Layek. An Introduction to Dynamical Systems and Chaos. Springer, India, 2015.[11] N. Lebovitz. Ordinary Differential Equations. Cengage Learning, 2019.[12] J. Mallet. «Mimicry: An interface between psychology and evolution». En: PNAS 40.1 (2001), pág. 9181.[13] T. Malthus. An Essay on the Principle of Population. J. Johnson, 1798.[14] R. Mickens. Applications of Nonstandard Finite Difference Schemes. World Scientific, Singapore, 2000.[15] R. Mickens. «Calculation of denominator functions for nonstandard finite difference schemes for differential equations satisfying a positivity condition». En: Wiley InterScience 23 (3) (2006), págs. 672-691.[16] R. Mickens. Nonstandard Finite Difference Models of Differential Equations. World Scientific, 1994.[17] K. Patidar. «Nonstandard finite difference methods: recent trends and further developments». En: Journal of Difference Equations and Applications 22.6 (2016), págs. 1-33.[18] K. Patidar. «On the use of non-standard finite difference methods». En: Journal of Difference Equations and Applications 11.7 (2005), págs. 735-758.[19] H. Sohrab. Basic Real Analysis. Birkhäuser, 2003.[20] I. Stewart. Life’s other secret : the new mathematics of the living world. John Wiley, 1998.[21] J. Velasco. Epidemiología matemática: Ejemplos, Datos y Modelos Asociados. CIMAT-CIMNE, 2012.ModeloDiferenciasFinitasModelDifferencesFinitesFacultad de Ciencias BásicasEstadísticaPublicationORIGINALTESIS_BARAJAS.pdfTESIS_BARAJAS.pdfapplication/pdf1067986https://repositorio.unicordoba.edu.co/bitstreams/18138a4d-af66-4d55-9105-251f7c16b3a7/downloada82a96e75968bd8fc8e26b216693a05bMD51AutorizaciónPublicaciónBarajas.pdfAutorizaciónPublicaciónBarajas.pdfapplication/pdf349972https://repositorio.unicordoba.edu.co/bitstreams/2e6375a0-9aef-4719-b81a-5721394aff96/downloadb9d0898ffd28b56e04b47439bf1b9182MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-814828https://repositorio.unicordoba.edu.co/bitstreams/8ee51708-5263-4e5e-a557-04e831cc2d41/download2f9959eaf5b71fae44bbf9ec84150c7aMD53TEXTTESIS_BARAJAS.pdf.txtTESIS_BARAJAS.pdf.txtExtracted 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