Published January 1, 2023 | Version v1
Publication

Hopf bifurcation exploration and control technique in a predator-prey system incorporating delay

  • 1. Guizhou University of Finance and Economics
  • 2. North China University of Water Resources and Electric Power
  • 3. University of Lahore
  • 4. Khwaja Fareed University of Engineering and Information Technology
  • 5. Lebanese American University
  • 6. Near East University
  • 7. Abbottabad University of Science and Technology
  • 8. COMSATS University Islamabad

Description

Recently, delayed dynamical model has witnessed a great interest from many scholars in biological and mathematical areas due to its potential application in describing the interaction of different biological populations. In this article, relying the previous studies, we set up two new predator-prey systems incorporating delay. By virtue of fixed point theory, inequality tactics and an appropriate function, we explore well-posedness (includes existence and uniqueness, boundedness and non-negativeness) of the solution of the two formulated delayed predator-prey systems. With the aid of bifurcation theorem and stability theory of delayed differential equations, we gain the parameter conditions on the emergence of stability and bifurcation phenomenon of the two formulated delayed predator-prey systems. By applying two controllers (hybrid controller and extended delayed feedback controller) we can efficaciously regulate the region of stability and the time of occurrence of bifurcation phenomenon for the two delayed predator-prey systems. The effect of delay on stabilizing the system and adjusting bifurcation is investigated. Computer simulation plots are provided to sustain the acquired prime outcomes. The conclusions of this article are completely new and can provide some momentous instructions in dominating and balancing the densities of predator and prey.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في الآونة الأخيرة، شهد النموذج الديناميكي المتأخر اهتمامًا كبيرًا من العديد من العلماء في المجالات البيولوجية والرياضية بسبب تطبيقه المحتمل في وصف تفاعل المجموعات البيولوجية المختلفة. في هذه المقالة، بالاعتماد على الدراسات السابقة، أنشأنا نظامين جديدين للحيوانات المفترسة يدمجان التأخير. بحكم نظرية النقطة الثابتة وتكتيكات عدم المساواة والوظيفة المناسبة، نستكشف الوضع الجيد (بما في ذلك الوجود والتفرد والحدود وعدم السلبية) لحل النظامين المتأخرين للمفترس والفريسة. بمساعدة نظرية التشعب ونظرية الاستقرار للمعادلات التفاضلية المتأخرة، نكتسب شروط المعلمة على ظهور الاستقرار وظاهرة التشعب للنظامين المتأخرين المتأخرين للمفترس والفريسة. من خلال تطبيق وحدتي تحكم (وحدة تحكم هجينة ووحدة تحكم ممتدة في التغذية الراجعة المتأخرة)، يمكننا تنظيم منطقة الاستقرار ووقت حدوث ظاهرة التشعب بشكل فعال لنظامي المفترس والفريسة المتأخرين. يتم التحقيق في تأثير التأخير على استقرار النظام وضبط التشعب. يتم توفير مخططات المحاكاة الحاسوبية للحفاظ على النتائج الأولية المكتسبة. استنتاجات هذه المقالة جديدة تمامًا ويمكن أن توفر بعض الإرشادات المهمة في السيطرة على كثافات المفترس والفريسة وموازنتها.

Translated Description (French)

Récemment, le modèle dynamique différé a suscité un grand intérêt de la part de nombreux chercheurs dans les domaines biologique et mathématique en raison de son application potentielle à la description de l'interaction de différentes populations biologiques. Dans cet article, en nous appuyant sur les études précédentes, nous avons mis en place deux nouveaux systèmes prédateur-proie intégrant le retard. En vertu de la théorie du point fixe, des tactiques d'inégalité et d'une fonction appropriée, nous explorons le bien-fondé (y compris l'existence et l'unicité, les limites et la non-négativité) de la solution des deux systèmes de prédateurs-proies retardés formulés. À l'aide du théorème de la bifurcation et de la théorie de la stabilité des équations différentielles retardées, nous obtenons les conditions paramétriques sur l'émergence du phénomène de stabilité et de bifurcation des deux systèmes de prédateurs-proies retardés formulés. En appliquant deux contrôleurs (contrôleur hybride et contrôleur à rétroaction retardée étendue), nous pouvons réguler efficacement la région de stabilité et le moment d'apparition du phénomène de bifurcation pour les deux systèmes prédateurs-proies retardés. L'effet du retard sur la stabilisation du système et l'ajustement de la bifurcation est étudié. Des tracés de simulation informatique sont fournis pour soutenir les résultats principaux acquis. Les conclusions de cet article sont complètement nouvelles et peuvent fournir des instructions capitales pour dominer et équilibrer les densités de prédateur et de proie.

Translated Description (Spanish)

Recientemente, el modelo dinámico retardado ha sido testigo de un gran interés de muchos estudiosos en áreas biológicas y matemáticas debido a su posible aplicación en la descripción de la interacción de diferentes poblaciones biológicas. En este artículo, basándonos en los estudios anteriores, configuramos dos nuevos sistemas depredador-presa que incorporan el retraso. En virtud de la teoría del punto fijo, las tácticas de desigualdad y una función apropiada, exploramos la buena posición (incluye la existencia y la singularidad, la limitación y la no negatividad) de la solución de los dos sistemas depredador-presa retardados formulados. Con la ayuda del teorema de la bifurcación y la teoría de la estabilidad de las ecuaciones diferenciales retardadas, obtenemos las condiciones de los parámetros sobre la aparición del fenómeno de estabilidad y bifurcación de los dos sistemas depredador-presa retardados formulados. Mediante la aplicación de dos controladores (controlador híbrido y controlador de retroalimentación retardada extendida) podemos regular eficazmente la región de estabilidad y el tiempo de ocurrencia del fenómeno de bifurcación para los dos sistemas de depredador-presa retardados. Se investiga el efecto del retraso en la estabilización del sistema y el ajuste de la bifurcación. Se proporcionan gráficos de simulación por ordenador para mantener los resultados principales adquiridos. Las conclusiones de este artículo son completamente nuevas y pueden proporcionar algunas instrucciones trascendentales para dominar y equilibrar las densidades de depredador y presa.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقنية هوبف لاستكشاف التشعب والتحكم في نظام المفترس والفريسة الذي يتضمن التأخير
Translated title (French)
Technique d'exploration et de contrôle de la bifurcation de Hopf dans un système prédateur-proie intégrant le retard
Translated title (Spanish)
Técnica de exploración y control de bifurcación de Hopf en un sistema depredador-presa que incorpora retraso

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4389677894
DOI
10.3934/math.2024080

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1859928149
  • https://openalex.org/W2027869453
  • https://openalex.org/W2058723931
  • https://openalex.org/W2892789473
  • https://openalex.org/W2990187375
  • https://openalex.org/W3035382207
  • https://openalex.org/W3207172643
  • https://openalex.org/W4226059580
  • https://openalex.org/W4286485308
  • https://openalex.org/W4293404551
  • https://openalex.org/W4315433354
  • https://openalex.org/W4321207575
  • https://openalex.org/W4323868094
  • https://openalex.org/W4328053160
  • https://openalex.org/W4377246616
  • https://openalex.org/W4379376956
  • https://openalex.org/W4379379491
  • https://openalex.org/W4381280298
  • https://openalex.org/W4383533058
  • https://openalex.org/W4385376670
  • https://openalex.org/W4385576070
  • https://openalex.org/W4385597662
  • https://openalex.org/W4385933020
  • https://openalex.org/W4386240301
  • https://openalex.org/W4386508291
  • https://openalex.org/W4386577766
  • https://openalex.org/W4386783163
  • https://openalex.org/W4387052549
  • https://openalex.org/W4388796661
  • https://openalex.org/W4389079590