Enunciado
Cálculo - Boyce - Equações Diferenciais - Ed: 10º - Capítulo 9.5 - Ex. 14
Aplicando um modelo de administração com esforço constante às equações de Lotka-Volterra, obtemos o sistema
Quando não há administração, a solução de equilíbrio é .
(a) Antes de fazer qualquer análise matemática, pense sobre a situação intuitivamente. Como você acha que as populações irão variar se as presas forem administradas? E se só os predadores forem administrados? E se ambos forem administrados?
(b) Como varia a solução de equilíbrio se as presas forem administradas, mas os predadores não ?
(c) Como varia a solução de equilíbrio, se os predadores forem administrados, mas as presas não ?
(d) Como varia a solução de equilíbrio, se ambos forem administrados ?
Passo 1
Nosso primeiro passo é pensar em como as populações de presa e predador são alteradas com a administração com esforço constante. Se apenas as presas forem administradas, esperamos que a população de presas se mantenha constante, certo? Para manter o mesmo número de presas, teremos que diminuir a população de predadores. Concordamos até aqui? Legal.
Da mesma forma, se administrarmos uma população de predadores, devemos manter a quantidade de predadores e, para isso, precisamos de uma maior população de presas. Tudo bem?
Se administrarmos as duas populações temos que pensar que, para manter a população de presas diminuíremos a população de predadores. E, para manter os predadores, aumentamos a população de presas. Então, continuando o raciocínio, o esperado é que a população de presas cresça e a de predadores diminua mais se ambas populações forem administradas.
Passo 2
Vamos agora para o item (b). Neste item, consideramos que apenas as presas serão administradas e, vamos encontrar a nova condição de equilíbrio. Para isso, vamos igualar as derivadas de cada população a zero:
E
Então, a nova condição de equilíbrio será . Como podemos ver, a população de presas se manteve e, a de predadores diminuiu, assim como pensamos que iria ocorrer.
Vamos agora para o item (c), em que apenas os predadores são administrados . Assim como fizemos no item (b), vamos definir as novas condições de equilíbrio:
E
Então, a nova solução de equilíbrio para a condição de administração com esforço constante dos predadores é . Então, a população de presas será superior à da condição sem administração, e a de predadores se mantém constante.
Passo 3
O item (d) nos pede para avaliar a condição em que as duas populações são administradas . Para esta situação, o ponto de equilíbrio será:
E
Então, se ambas populações são administradas, o novo equilíbrio é . E, podemos ver que a população de presas aumentará e, a de predadores diminui.
Resposta
(b) A população de presas se mantém e a de predadores diminui.
(c) A população de predadores se mantém e a de presas aumenta.
(d) A população de presas aumenta e a de predadores diminui.