Hello, dear friend, you can consult us at any time if you have any questions, add WeChat: daixieit

MTH108:  HOMEWORK 5 – NONLINEAR MODELS

Section A Warm-up questions

A1.  Find all equilibrium solutions (constant solutions) of the difference equation xn1  = 3xn  _ 2xn(2) .

A2.  Suppose xn1  = F (xn ) = xn(2)  _ 2 for all n > 0 .  For which values of x0  ∈ R will the next term x1  be:  (i) greater than x0 , (ii) less than x0 , (iii) equal to x0 .

Section B Main questions

B1.  For the difference equation xn1  = F (xn ), find the equilibrium points and check their stability using eF\ e:

(i) F (x) = 3 _ x/2;

(ii) F (x) = x2 ;

(iii) F (x) = 9x2 (1 _ x)/2;

(iv) F (x) = x + sin(x) .

B2.  For the difference equation xn1  = F (xn ), make a cobweb diagram for the given initial condition:

(i) F (x) = 1 _ x/2, x0 = 0

(ii) F (x) = sin(x), x0 = 1;

(iii) F (x) = x2 /5, x0 = 4;

(iv) F (x) = 2x _ 2x2 , x0 = 0 .1.

B3.  For the given initial conditions and parameter values, describe in words the qualitative behaviour of the solution (xn ) of the logistic model:  (i) R = 0 .6 and x0  = 0 .7, (ii) R = 1 .6 and x0  = 0 .3, (iii) R = 2 .5 and x0 = 0 .4, and (iv) R = 3 .05 and x0 = 0 .7.

B4. The population size xn  in year n of a population of baboons is modelled by the difference equation

xn1  = F (xn ) = 75xn  _ xn(2)

Show that there is a unique positive equilibrium and that it is stable .  Make a cobweb diagram to show how the population will change in the future, given that the population size is initially x0 = 10 .

B5.  Suppose that the population density xn  of mackerel sh in the North Sea in year n follows the Ricker model xn1  = F (xn ) = Rxn eR2xn .  Find the equilibria, and determine how the stability varies with R .

B6.  Suppose that the  model xn1   =  F (xn )  has the  point 0 as  its only equilibrium solution and suppose F\ (0) = 1 .  Show that there are several different possible types of behaviour for solutions starting near to 0 . Make a cobweb diagram to demonstrate each case .  Do the same, now supposing that F\ (0) = _1.

Section C Extra problems

C1. Consider the logistic map with the parameter value R = 4 .  There are no stable equilibria, but can you find any initial conditions for which the solution converges .  How many are there?

C2. Consider the population model xn1  = F (xn ), where F (x) = rx2 (1 _ x) . What ranges of values of x and r are biologically meaningful?  Describe how the number and stability of the equilibrium solutions changes as r is increased from zero .