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Exercice: �quation de Lotka

On suppose que la f�condit� nette d'une population est d'1 enfant � l'�ge exact de 15 ans, d'1 enfant � l'�ge de 30 ans et de 0,3333 enfants � l'�ge de 45 ans.

  1. Quel est le taux net de reproduction, ?

    Le taux net de reproduction est �gal � la somme des taux nets par �ge, soit : filles par fille.

  2. Ecrivez l'�quation de Lotka.

    L'�quation de Lotka s'�crit :

    En notant , ceci peut s'�crire :

    soit encore :

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

    Les racines de l'unit� sont :

  4. Calculer la racine r�elle et la racine complexe dont la partie r�elle est maximale. Les solutions en dans le plan complexe sont une racine r�elle et deux racines complexes conjugu�es.

    Mais donne (en additionnant ):

    Ce qui donne :

    Il n'y a donc qu'une seule racine r�elle, , mais il y a une infinit� de racines complexes ayant la m�me partie r�elle . En effet, toutes les cosinusoides de p�riode 15 ans et qui valent 1 aux �ges 15, 30 et 45 sont solutions. Il n'y a pas, contrairement aux cas r�els des populations humaines d'amortissement (la structure initiale est partiellement conserv�e).

    La figure 1

      
    Figure 1: Fonction de maternit�, , et cosinusoides aff�rentes aux racines ayant la plus grande partie r�elle : , m=0,1,2

    repr�sente la fonction de maternit�, ainsi que l'exponentielle , ainsi que les deux premi�res solutions oscillatoires, , et .

    La racine est une racine complexe dont la partie r�elle est n�gative. La figure 2

      
    Figure 2: Fonction de maternit�, , et cosinusoides aff�rentes aux racines ayant la plus petite partie r�elle (n�gative) : , m=0,1,-1

    repr�sente les graphes de , pour .

    Une approximation de la racine r�elle peut �tre obtenue en calculant l'�ge m�dian � la f�condit�, et en faisant l'hypoth�se que les femmes ne donneraient pas naissance � des enfants � 3 �ges diff�rents mais � une seul m�me �ge de 25,7 ans.

    Si maintenant on tient compte des 3 �ges f�conds, on peut calculer l'�cart type : et obtenir une meilleure approximation en r�solvant l'�quation du second degr� :

    soit, approximativement (voir le cours) :



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