Дарси 36. Таҳқиқи амсилаҳои биологӣ - Технологияи иттилоотӣ — синфи 11
Амсилаҳои популятсия
Дар биология барои омӯзиши рушд ва инкишофи системаҳои зинда одатан амсилаҳои динамикӣ -и тағйирёбии миқдори популятсия -и мавҷудоти гуногун месозанд: бактерияҳо, моҳиён, ҳайвонот, наботот. Таъсири мутақобилаи популятсияҳоро амсилаҳои навъи «даранда–сайд» меомӯзанд.
Миқдори популятсияро аз сол ба сол мешуморем: x 1 , x 2 , x 3 , … x_1, x_2, x_3, \dots x 1 , x 2 , x 3 , … Ҳар қимати навбатӣ аз қимати пешина ҳисоб мешавад – чунин формулаҳоро рекуррентӣ меноманд.
1. Афзоиши номаҳдуд
Миқдор ҳар сол ба фоизи муайян меафзояд. Формула:
навбатӣ Дарси 37. Таҳқиқи амсилаҳои химиявӣ 1 соат
x n + 1 = a ⋅ x n , x_{n+1} = a \cdot x_n, x n + 1 = a ⋅ x n , a a a – коэффитсиенти афзоиш . Агар афзоиши солона 5 % бошад, a = 1,05 a = 1{,}05 a = 1 , 05 . Чунин афзоиш бо вақт тезтар ва тезтар мешавад (прогрессияи геометрӣ).
2. Афзоиши маҳдуд Дар ҳақиқат миқдори барзиёди фардҳо афзоишро суст мекунад: ғизо, ҷой намерасад, бемориҳо авҷ мегиранд. Коэффитсиенти нави барзиёдӣ b b b -ро дохил мекунем, ки аз a a a хеле хурд аст (b ≪ a b \ll a b ≪ a ). Коэффитсиенти афзоиш ба a − b x n a - b x_n a − b x n баробар мешавад:
x n + 1 = ( a − b ⋅ x n ) ⋅ x n . x_{n+1} = (a - b \cdot x_n) \cdot x_n. x n + 1 = ( a − b ⋅ x n ) ⋅ x n . Ҳар қадар x n x_n x n калон, ҳамон қадар афзоиш суст. Популятсия ба қимати доимӣ наздик мешавад.
3. Афзоиш бо шикор Агар одамон ҳар сол шумораи c c c ҳайвон ё моҳиро сайд кунанд:
x n + 1 = ( a − b ⋅ x n ) ⋅ x n − c . x_{n+1} = (a - b \cdot x_n) \cdot x_n - c. x n + 1 = ( a − b ⋅ x n ) ⋅ x n − c .
4. «Даранда–сайд» Популятсияҳо одатан ҷудо нестанд. Мисолҳо: гург – харгӯш, гулмоҳӣ – ширмоҳӣ, уқоб – муш. Миқдори сайд x n x_n x n ва даранда y n y_n y n ба ҳам вобастаанд. Шумораи вохӯриҳо ба ҳосили зарби x n ⋅ y n x_n \cdot y_n x n ⋅ y n мутаносиб аст. Коэффитсиенти f f f имкони ҳалокати сайдро ҳангоми вохӯрӣ ифода мекунад:
x n + 1 = ( a − b x n ) x n − c − f x n y n . x_{n+1} = (a - b x_n) x_n - c - f x_n y_n. x n + 1 = ( a − b x n ) x n − c − f x n y n . Агар сайд намебуд (ғизо набуд), даранда кам мешуд: y n + 1 = d ⋅ y n y_{n+1} = d \cdot y_n y n + 1 = d ⋅ y n , ки d < 1 d < 1 d < 1 . Вохӯрии бо сайд шумораи даррандаро афзоиш медиҳад; коэффитсиенти e e e афзоиши даррандаро аз ҳисоби сайд нишон медиҳад:
y n + 1 = d ⋅ y n + e ⋅ x n y n . y_{n+1} = d \cdot y_n + e \cdot x_n y_n. y n + 1 = d ⋅ y n + e ⋅ x n y n . Қиматҳои намунавӣ барои ҳамаи якҷоя: x 1 = 1,5 x_1 = 1{,}5 x 1 = 1 , 5 , y 1 = 1 y_1 = 1 y 1 = 1 , a = 1,1 a = 1{,}1 a = 1 , 1 , b = 0,03 b = 0{,}03 b = 0 , 03 , c = 0,03 c = 0{,}03 c = 0 , 03 , f = 0,04 f = 0{,}04 f = 0 , 04 , d = 0,9 d = 0{,}9 d = 0 , 9 , e = 0,05 e = 0{,}05 e = 0 , 05 .
Амсилаи компютерӣ дар ҷадвал Ҳамаи чор амсиларо дар ҷадвали электронӣ бо қиматҳои аввала ва коэффитсиентҳои додашуда месозем:
Ҷадвали электронӣ: чор амсила санҷида бин! Аз нав Қиматҳо ва коэффитсиентҳоро иваз кунед: намунаҳои гуногуни динамикаи сайд ва даррандаро мебинед.
Лаборатория: Python Забони Python – ҳамонест, ки дар синфи 10 омӯхтед, амсила ҳамон аст. Барномаи аввал ҳамаи чор амсиларо дар як график мекашад (график дар боло низ ҳаст). Барномаи зерин шаш сатри аввали сайд ва дарандаро чоп мекунад:
Ва ҳисоби «пас аз чанд сол миқдор дучанд мешавад?» (афзоиши номаҳдуд, a = 1,05 a = 1{,}05 a = 1 , 05 ):
Лабораторияи Python: амсилаҳои популятсия санҷида бин! Аз нав
Кор дар синф
Машқҳо Саволҳо. Шифоҳӣ ҷавоб гӯед.
1. Фарқи асосии амсилаҳои биологӣ аз физикӣ дар чист? Аз математикӣ чӣ?
2. Барои омӯзиши динамикаи миқдори (ё биомассаи) популятсияҳо кадом намудҳои амсилаҳои биологиро истифода мебаранд?
3. Амсилаҳои «афзоиши маҳдуд» аз «афзоиши номаҳдуд» чӣ бартарӣ доранд? Амсилаҳои «афзоиш бо шикор» чӣ?
4. Шумо системаи «даранда–сайд»-ро чӣ гуна тасаввур мекунед? Мисоле биёред, ки ба ҷои амсилаи «даранда–сайд» хизмат кунад. Хусусияти асосии ин амсила чист?
Супоришҳо. Мустақилона иҷро кунед.
5. Матни мавзӯъро бодиққат хонед ва онро нақл кунед.
6. Рушди популятсияро бо амсилаи «афзоиши номаҳдуд» таҳқиқ карда, муайян кунед, ки пас аз чанд сол миқдори популятсия дучанд мешавад (лабораторияи боло, супориши 1).
7. Дар амсилаи «афзоиши бо шикор» барои a a a ва b b b -и додашуда қимати ҳадди бузургии шикори c c c -ро, ки популятсия коҳиш намеёбад, муайян кунед (лабораторияи боло, супориши 2).
8. Бо омӯзгорони биология, математика ва технологияи иттилоотӣ амсилаи математикии як системаи биологиро созед ва тарҳи барномавии онро дар компютер иҷро кунед.
Вазифаи хонагӣ
Саволҳои 1–4-ро барои ҷавоби шифоҳӣ омода кунед.
Супоришҳои 5–8-ро иҷро кунед.
Вазифаи хонагии онлайнро («ТИ 11 · Вазифаи хонагӣ · Дарси 36») дар саҳифаи «Супоришҳо» иҷро кунед, агар омӯзгор таъин карда бошад.
Хулоса
Амсилаи рекуррентӣ: қимати навбатиро аз пешина мегирем.
x n + 1 = a x n x_{n+1} = a x_n x n + 1 = a x n – номаҳдуд; ( a − b x n ) x n (a - b x_n) x_n ( a − b x n ) x n – маҳдуд; − c -c − c – бо шикор; − f x n y n -f x_n y_n − f x n y n ва d y n + e x n y n d y_n + e x_n y_n d y n + e x n y n – даранда–сайд.
Дар ҷадвал $B$2 – коэффитсиент як ҷост; формула ба поён кашида мешавад.
Ҳар коэффитсиент ба шакли график таъсир мерасонад – таҳқиқи амсила.
Дар ин дарс
мефаҳмед, ки амсилаҳои биологӣ динамикианд (миқдори популятсия бо вақт);
чор амсиларо мегӯед: афзоиши номаҳдуд, маҳдуд, бо шикор ва «даранда–сайд», ва формулаҳои онҳоро мехонед;
амсилаҳоро дар ҷадвали электронӣ ва бо Python ҳисоб мекунед;
мефаҳмед, ки ҳар коэффитсиент чӣ таъсир мерасонад.
Такрор (2 дақиқа)
Тақсими нимакӣ чӣ мекунад?
Усули Монте-Карло кадом формуларо медиҳад?
Амсилаи динамикӣ аз статикӣ чӣ фарқ дорад?
Ҷавоб
Порчаи дорои решаро ҳар қадам ду баробар хурд мекунад. 2. S = 4 R 2 ⋅ M / N S = 4R^2 \cdot M/N S = 4 R 2 ⋅ M / N . 3. Динамикӣ – тағйирёбӣ бо вақт.
Вазъият барои андешаронӣ Дар кӯл 1 000 моҳӣ ҳаст ва ҳар сол 10 % зиёд мешавад. Ба фикри шумо, 50 сол баъд онҳо чандто мешаванд? Оё кӯл ҳамаро дар бар мегирад? Чӣ чиз афзоишро боздошта метавонад?
Дар хотир доред a a a – афзоиши сайд; b b b – барзиёдӣ; c c c – шикори солона; f f f – аз даранда нобудшавӣ; d d d – камшавии даранда бе сайд (d < 1 d < 1 ); – афзоиши даранда аз сайд.
Чаҳор амсила бо қиматҳои намунавӣ дар 30 сол: номаҳдуд тез меафзояд, маҳдуд ба қимати доимӣ мерасад, шикор онро паст мекунад; сайд ва даранда оҳиста тағйир меёбанд.
Дар B1 – x 1 x_1 x 1 (сайд), дар B6 – y 1 y_1 y 1 (даранда). Дар B2:B5 – a a a , b b b , c c , . Дар B7, B8 – , .
Калимаҳои калидӣ популятсия формулаи рекуррентӣ коэффитсиенти афзоиш афзоиши номаҳдуд афзоиши маҳдуд шикор даранда сайд
Ман дар ин дарс чӣ омӯхтам? Кадомашро аллакай метавонед ва кадомашро боз машқ мекунед?
✓ Ман чор формулаи популятсияро мехонам.
✓ Ман мегӯям, ҳар коэффитсиент чӣ маъно дорад.
✓ Ман амсиларо дар ҷадвал ё бо Python ҳисоб мекунам.
✗ Ман ҳоло боз ба машқ ниёз дорам: ____________
Нависед: кадом ҷуфти «даранда–сайд»-ро шумо мешиносед?
Дар x n + 1 = ( a − b x n ) x n − c x_{n+1} = (a - b x_n) x_n - c x n + 1 = ( a − b x n ) x n коэффитсиенти чиро ифода мекунад?
Як ҷавобро интихоб кунед A Афзоиши солонаи популятсия B Шикори солона (ҳайвони гирифташуда) C Барзиёдии миқдори фардҳо D Шумораи даррандаҳо дар кӯл
Кадом ҷузъи формулаи x n + 1 = ( a − b x n ) x n x_{n+1} = (a - b x_n) x_n x n + 1 = ( a − b x n ) x n афзоишро ҳангоми зиёд шудани маҳдуд мекунад?
Як ҷавобро интихоб кунед A B C Ҳеҷ кадом D
Дар ҷадвал =$B$2*D1 ба поён кашида шуд. Дар D5 чӣ навишта мешавад?
Як ҷавобро интихоб кунед A =B2*D4
B =$B$2*D1
C =$B$3*D4
D =$B$2*D4
Дар диаграммаи ҷадвал хати афзоиши номаҳдуд аз афзоиши маҳдуд зудтар боло меравад. Чаро?
Як ҷавобро интихоб кунед A Дар амсилаи номаҳдуд a a a хурдтар аст
B Дар амсилаи маҳдуд барзиёдии миқдор афзоишро суст мекунад C Дар амсилаи маҳдуд b = 0 b = 0 b = 0
D Ҷадвал хато мекунад d <
1
c
Дар сутуни D – афзоиши номаҳдуд, E – маҳдуд, F – бо шикор, G ва H – «даранда–сайд». Қимати аввалаи ҳар як дар сатри 1.
Дар D2 =$B$2*D1; дар E2 =($B$2-$B$3*E1)*E1; дар F2 =($B$2-$B$3*F1)*F1-$B$4; дар G2 =($B$2-$B$3*G1)*G1-$B$4-$B$5*G1*H1; дар H2 =$B$7*H1+$B$8*G1*H1.
D2:H2-ро то сатри 11 нусха мекунем (пуркунӣ ба поён).
Сутунҳои D:H-ро ҷудо карда, диаграммаи «График» месозем.
−
c
x n
− b x n -b x_n − b x n (дар қавс)
n x y
0 1.5 1.0
1 1.493 0.975
2 1.487 0.95
3 1.483 0.926
4 1.48 0.902
5 1.479 0.878
a , b , c , f = 1.1 , 0.03 , 0.03 , 0.04
d , e = 0.9 , 0.05
x , y = 1.5 , 1.0
print ( "n x y" )
for n in range ( 6 ) :
print ( n , round ( x , 3 ) , round ( y , 3 ) )
nx = ( a - b * x ) * x - c - f * x * y
ny = d * y + e * x * y
x , y = nx , ny
a = float ( input ( "a = " ) )
x = 1.0
n = 0
while x < 2 :
x = a * x
n = n + 1
print ( n )