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Análise de sistemas biológicos com difusão e controle populacional
dc.creator | Frighetto, Daiane Frighetto | pt_BR |
dc.date.accessioned | 2019-08-15T11:48:39Z | |
dc.date.available | 2019-08-15T11:48:39Z | |
dc.date.issued | 2018-03-01 | |
dc.identifier.citation | FRIGHETTO FRIGHETTO, Daiane. Análise de sistemas biológicos com difusão e controle populacional. 2018. 143 f. Dissertação (Mestrado em Modelagem Matemática) – Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática, Instituto de Física e Matemática, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2018. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/4689 | |
dc.description.abstract | The use of population models is increasing in agrarian and biological sciences. One of the main interests in the study of these models is to evaluate qualitatively and quantitatively the impact of interactions between different populations with their habitat or between them, such as: atoms or molecules, neurons, bacteria, plants, animals and even pests or infected individuals for example. Mathematical models describe the growth of these populations for the purpose of making predictions, contribuing in the decision making if there is need for the application of control in these biological systems. In this work, we defend the use of biological control, which consists in regulating population growth through human intervention or natural enemies, being very efficient in pest control and at the same time reducing the use of pesticides, becoming less invasive to nature. The aim of this work is to study two population reaction-diffusion models: the Fisher-Kolmogorov equation for a species, and the modified Lokta-Volterra system with diffusion for two species, both in one dimension, with and without control. These models describe the dispersion of individuals in which the population growth occurs in the form of a wavefront, advancing at a constant velocity to the empty regions until reaching the supporting capacity of the medium, thus, admitting a traveling wave type solution, which allows a qualitative analysis of the solution through the theory of stability and the finding of approximate solutions. From the study carried out on both models without the influence of regulators, the theory of linear optimal control is applied considering biological systems that need the introduction of control strategies to achieve the wanted balance or stabilize below economic and/or biological damages. This procedure, an innovative part of this work, constitutes an effective methodology in the application of control in biological systems, whose behavior is modeled by the reaction-diffusion equation, which will be illustrated through computational simulations. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Modelagem matemática | pt_BR |
dc.subject | Equação de Fisher-Kolmogorov | pt_BR |
dc.subject | Sistema de Lotka-Volterra | pt_BR |
dc.subject | Solução tipo onda viajante | pt_BR |
dc.subject | Controle biológico | pt_BR |
dc.subject | Fisher-Kolmogorov equation | pt_BR |
dc.subject | Modified Lotka-Volterra | pt_BR |
dc.subject | Traveling wave solution | pt_BR |
dc.subject | Biological control | pt_BR |
dc.title | Análise de sistemas biológicos com difusão e controle populacional | pt_BR |
dc.title.alternative | Analysis of biological systems with diffusion and population control | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorID | pt_BR | |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/4029311955049093 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/7898168715320830 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Costa, Camila Pinto da | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9884950393500991 | pt_BR |
dc.description.resumo | A utilização de modelos populacionais vem crescendo nas ciências agrárias e biológicas. Um dos principais interesses no estudo desses modelos é avaliar qualitativamente e quantitativamente o impacto das interações entre diferentes populações com o seu habitat ou entre elas, como: átomos ou moléculas, neurônios, bactérias, plantas, animais e até mesmo pragas ou indivíduos infectados por exemplo. Os modelos matemáticos descrevem o crescimento dessas populações com o propósito de fazer previsões, auxiliando na tomada de decisões caso haja necessidade da aplicação de controle nesses sistemas biológicos. Neste trabalho, defende-se a utilização do controle biológico, que consiste na regulação do crescimento da população através da intervenção humana ou por inimigos naturais, podendo ser muito eficiente no controle de pragas e ao mesmo tempo diminui a utilização de agrotóxicos, se tornando menos invasivo à natureza. Tem-se como objetivo estudar dois modelos populacionais de reação-difusão: a equação de Fisher-Kolmogorov para uma espécie, e o sistema de Lokta-Volterra modificado com difusão para duas espécies, ambos unidimensionais, sem e com a aplicação do controle. Esses modelos descrevem a dispersão de indivíduos em que o crescimento da população ocorre na forma de frente de onda, avançando em uma velocidade constante para as regiões vazias até atingir a capacidade de suporte do meio, assim, admitindo solução do tipo onda viajante, o que permite a realização de uma análise qualitativa da solução através da teoria de estabilidade e o encontro de soluções aproximadas. A partir do estudo realizado em ambos os modelos sem a influência de reguladores, aplica-se a teoria de controle ótimo linear considerando sistemas biológicos que necessitam da introdução de estratégias de controle para atingirem o equilíbrio desejado ou estabilizarem abaixo dos níveis de danos econômicos e/ou biológicos. Esse procedimento, parte inovadora desse trabalho, constitui uma metodologia eficaz na aplicação de controle em sistemas biológicos, cujo comportamento é modelado pelas equações de reação-difusão, que será ilustrada através das simulações computacionais. | pt_BR |
dc.publisher.department | Instituto de Física e Matemática | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Molter, Alexandre | pt_BR |