sistemas dinâmicos

crescimento exponencial


Em 1860, o pioneiro Thomas Austin (1815-1871) levou para Geelong, na Austrália, 24 coelhos selvagens europeus. As consequências foram desastrosas! Numa década os coelhos multiplicaram-se ao longo da região de Victoria e, passados 20 anos, milhões de coelhos tinham devastado a terra. Um prémio de 25.000 libras foi prometido a quem encontrasse uma solução para o problema. Em 1910 os descendentes dos coelhos tinham-se espalhado por todo o continente. O impacto ecológico foi profundo e foi chamado de tragédia nacional.

 ex. Estime a população de coelhos em 1870 e em 1880, aproximando o modelo de Fibonacci com a lei assimptótica
        Fn+1 ∼ Φ Fn.





Em geral, o crescimento de grandes populações em meios ambientes ilimitados pode ser descrito com um


Modelo exponencial, onde uma população cresce (ou decresce), em cada unidade de tempo, com uma certa taxa relativa que depende da fertilidade e da mortalidade da espécie.




A equação recursiva, que determina a população Pn no tempo n dada uma população inicial P0, é



Pn+1 = λ Pn




Consequentemente, uma solução explícita é imediata:

  • a população no tempo 1 será

    P1 = λ P0

  • a população no tempo 2 será

    P2 = λ P1 = λ2 P0

  • a população no tempo 3 será

    P3 = λ P2 = λ3 P0

  • ... e no tempo n será

    Pn = λn P0








  • O significado físico do parâmetro do modelo pode ser explicado assim.


  • α → taxa relativa de natalidade na unidade de tempo dt



  • β → taxa relativa de mortalidade na unidade de tempo dt



  • Pt → denota a população no tempo t,



    então



  • o incremento Pt+dt - Pt é igual a

    Pt+dt - Pt = α Pt - β Pt

    e portanto

    Pt+dt = λ Pt

      se  

    λ = 1 + (α - β).










  • Experiências. Um modelo de crescimento exponencial

    Pn+1 = λ Pn

    tem uma dinâmica simples.



     ex. Atribua valores a x0 e a λ e observe o comportamento da sequência P0, P1, P2, P3,...
    Explique como fazer previsões sobre o comportamento assimptótico (ou seja, quando o tempo n cresce) de xn.







    Qual é o comportamento das trajectórias?


    O comportamento assimptótico das trajectórias é independente do estado inicial:


  • as trajectórias aproximam-se de 0 se λ é inferior a 1 (extinção)



  • e as trajectórias afastam-se de 0 se λ é superior a 1 (crescimento sem limite).