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Exercice: équation de Lotka

On suppose que la fécondité nette d'une population est d'1 enfant à l'âge exact de 15 ans, d'1 enfant à l'âge de 30 ans et de 0,3333 enfants à l'âge de 45 ans.

  1. Quel est le taux net de reproduction, ?

    Le taux net de reproduction est égal à la somme des taux nets par âge, soit : filles par fille.

  2. Ecrivez l'équation de Lotka.

    L'équation de Lotka s'écrit :

    En notant , ceci peut s'écrire :

    soit encore :

  3. Donnez la formule explicite de l'ensemble des racines. Pour cela on donnera auparavant les solutions classiques des racines de l'unité, dans le plan complexe.

    Les racines de l'unité sont :

  4. Calculer la racine réelle et la racine complexe dont la partie réelle est maximale. Les solutions en dans le plan complexe sont une racine réelle et deux racines complexes conjuguées.

    Mais donne (en additionnant ):

    Ce qui donne :

    Il n'y a donc qu'une seule racine réelle, , mais il y a une infinité de racines complexes ayant la même partie réelle . En effet, toutes les cosinusoides de période 15 ans et qui valent 1 aux âges 15, 30 et 45 sont solutions. Il n'y a pas, contrairement aux cas réels des populations humaines d'amortissement (la structure initiale est partiellement conservée).

    La figure 1

      
    Figure 1: Fonction de maternité, , et cosinusoides afférentes aux racines ayant la plus grande partie réelle : , m=0,1,2

    représente la fonction de maternité, ainsi que l'exponentielle , ainsi que les deux premières solutions oscillatoires, , et .

    La racine est une racine complexe dont la partie réelle est négative. La figure 2

      
    Figure 2: Fonction de maternité, , et cosinusoides afférentes aux racines ayant la plus petite partie réelle (négative) : , m=0,1,-1

    représente les graphes de , pour .

    Une approximation de la racine réelle peut être obtenue en calculant l'âge médian à la fécondité, et en faisant l'hypothèse que les femmes ne donneraient pas naissance à des enfants à 3 âges différents mais à une seul même âge de 25,7 ans.

    Si maintenant on tient compte des 3 âges féconds, on peut calculer l'écart type : et obtenir une meilleure approximation en résolvant l'équation du second degré :

    soit, approximativement (voir le cours) :



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Nicolas Brouard
Thu Apr 20 17:02:26 DF 1995