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- \documentclass[spanish]{amsart}
- \usepackage{babel}
- \usepackage[utf8]{inputenc}
- \usepackage{graphicx}
- \begin{document}
- \begin{normalsize}
- \section*{introduccion}
- Esta parte del trabajo esta basada en un articulo \lq\lq A fractional-order differential equation model of HIV infection of CD $4^{+}$ T-cells" de Yongsheng Ding y Haiping Ye.
- En este articulo habla de la modelación del virus del VIH. Al hacer esta modelación se uso la \emph{Derivada Fraccionaria} ya que se apega mucho mas a la realidad del crecimiento del virus.\\
- El cual esta basado en las sig. ecuaciones:
- \begin{align*}
- D^\alpha T &= S -\mu_{T} T+rT\left(1-\dfrac{T+I}{T_{max}}\right)-\dfrac{K_{1}VT}{1+\alpha V},\\
- D^\alpha I &= \dfrac{K'_{1}VT}{1-\alpha V}-\mu_{I}I,\\
- D^\alpha V &= N\mu_{b}I-\dfrac{k_{1}VT}{1-\alpha V}-\mu_{V}V.\\
- \end{align*}
- Donde $D^\alpha$ es la derivada de Caputo de orden $\alpha$. Como la derivada de Caputo de una función constante es cero, podemos hallar las soluciones de equilibrio resolviendo el siguiente sistema de ecuaciones,
- \begin{align*}
- S -\mu_{T} T+rT\left(1-\dfrac{T+I}{T_{max}}\right)-\dfrac{K_{1}VT}{1+\alpha V}&=0\\
- \dfrac{K'_{1}VT}{1-\alpha V}-\mu_{I}I&=0\\
- N\mu_{b}I-\dfrac{k_{1}VT}{1-\alpha V}-\mu_{V}V&=0.\\
- \end{align*}
- Donde las variables son T(celulas no infectadas), I(celulas infectadas) y V(densidad inicial de VIH).\\
- Todas las demas son constantes.
- \section*{Calculos}
- Vamos a hacer los calculos para encontar los los puntos de equilibrio.\\
- \begin{description}
- \item[Caso I ] $V\neq 0$ y $T\neq 0$\\
- Sean $w=\dfrac{TV}{1+\alpha V}$, $k=\dfrac{k'_{1}}{\mu_{I}}$ y $\gamma=N\mu_{b}k-k_{1}$.
- vamos a usar las tres ecuaciones planteadas en un inicio. Por la w y la k que definimos tenemos que:$$I=kw$$.
- Vamos a empezar por sustituir y tratar de llegar a un resultado.
- \begin{align*}
- Tomamos\,la\,tercera\,ecuacion,\\
- T\gamma &= -\mu_{V}-\alpha\mu_{V}V\\
- T\gamma + \alpha\mu_{V}V &= -\mu_{V}\\
- despejando,\\
- V&=\dfrac{-\mu_{V}-T\gamma}{\alpha\mu_{V}}
- \end{align*}
- Ahora vamos a encontrar el o los valores de T.
- \begin{align*}
- S-\mu_{I}T+rT-\dfrac{rT^2}{T_{max}}-\dfrac{krTw}{T_{max}}-k_{1}w&=0\\
- S-\mu_{I}T+rT-\dfrac{rT^2}{T_{max}}&=\left(\dfrac{krt}{T_{max}}+k_{1}\right)w=\left(\dfrac{krt}{T_{max}}+k_{1}\right)\dfrac{TV}{1+\alpha V}\\
- \left(\dfrac{-r}{T_{max}}T^{2}+(r-\mu_{I})T+S\right)\left(1+\left(-1+\dfrac{T\gamma}{\mu_{V}}\right)\right)&=\left(\dfrac{krT}{T_{max}}+k_{1}\right)\left(\dfrac{-\mu_{V}T-T^{2}\gamma}{\alpha\mu_{V}}\right)\\
- cancelamos\, y\, nos\, queda,\\
- -\dfrac{r\gamma}{T_{max}}T^{3}+\gamma(r-\mu_{I})T^{2}+\gamma ST&= \dfrac{krT}{\alpha T{max}}T^{3}+\dfrac{\mu_{V}kr}{T_{max}\alpha}T^{2}+\dfrac{K_{1}\gamma}{\alpha}T^{2}+\dfrac{k_{1}\alpha}{\alpha}T\\
- tenemos,\\
- \left(\dfrac{kr\gamma}{\alpha T_{max}}+\dfrac{r\alpha}{T_{max}}\right)T^{2}+\left(\dfrac{\mu_{V}kr}{T_{max}\alpha}+\gamma(\mu_{I}-r)+\dfrac{k_{1}\gamma}{\alpha}\right)T+\dfrac{k_{1}\mu_{V}}{\alpha}-\gamma S&=0\\
- \end{align*}
- A continuacion vamos a checar el el determinante de la última ecuación.
- El determinante es:\\
- $$D=\sqrt{\left(\dfrac{\mu_{V}kr}{T_{max}}+\gamma(\mu_{I}-r)+\dfrac{k_{1}\mu_{V}}{\alpha}\right)^{2}-4\left(\dfrac{kr\gamma}{\alpha T_{max}}+\dfrac{r\alpha}{T_{max}}\right)\left(\dfrac{k_{1}\mu_{V}}{\alpha}-\gamma S\right)}$$.
- Para poder saber si la solución es real o compleja vamos si es positivo o negativo.\\
- Tomamos la parte de adentro de la raiz cuadrada.\\
- \begin{align*}
- &=\left(\dfrac{\mu_{V}kr}{T_{max}}+\gamma(\mu_{I}-r)+\dfrac{k_{1}\mu_{V}}{\alpha}\right)^{2}-4\left(\dfrac{kr\gamma}{\alpha T_{max}}+\dfrac{r\alpha}{T_{max}}\right)\left(\dfrac{k_{1}\mu_{V}}{\alpha}-\gamma S\right)
- &=\left(\dfrac{\alpha\mu_{V}kr+\gamma\alpha T_{max}(\mu_{I}-r)+k_{1}T_{max}\gamma}{T_{max}\alpha}\right)^{2}-4\left(\dfrac{(kr\gamma + \alpha\gamma r)(K_{1}\mu_{V}-\alpha\gamma S)}{\alpha^{2}T_{max}}\right)\\
- &=
- \end{align*}
- \item[Caso II ] $V=0$ $T=0$\\
- En el caso en el que V y T aon cero las ecuaciones que nnos quedan son las siguientes:
- \begin{align*}
- S&=0\\
- -\mu_{I}I&=0\\
- N\mu_{b} I&=0\\
- \end{align*}
- es fácil ver como I=0 por lo que $E_{1}=(0,0,0)$.\\
- \item[Caso III ] $V=0$\\
- Al tener V=0 las ecuaciones que tenemos son:
- \begin{align*}
- S-\mu_{T}T+rT\left(1-\dfrac{T+I}{T_{max}}\right)&=0\\
- -\mu_{I}I&=0\\
- N\mu_{b}I&=0
- \end{align*}
- entonces tenemos que I=0.\\
- ahora tenemos que:
- \begin{align*}
- S-\mu_{T}T+rT\left(1-\dfrac{T}{T_{max}}\right)&=rT^{2}+\mu_{T}TT_{max}-rTT_{max}-ST_{max}\\
- &=rT^{2}+(\mu_{T}T_{max}-rT_{max})T-ST_{max}\\
- &=0\\
- \end{align*}
- Ahora vamos a ver el determinante de la ecuación para ver si tiene soluciones.
- \begin{align*}
- D&=\sqrt{(\mu_{T}TT_{max}-rT_{max})^{2}-4r(-ST_{max}}\\
- &=\sqrt{T_{max}^{2}(\mu_{T})^{2}+4rST_{max}}\\
- &=\sqrt{T_{max}(T_{max}(\mu_{T}^{2}-2\mu_{T}r+r^{2})+4Sr)}\\
- \end{align*}
- Sabemos por los valores de las constantes que el discriminante es mayor que que cero por lo que existen dos soluciones en este caso por lo cual la soluciones son $E_{2}=(T_{0},0,0)$, donde $T_{0}=\dfrac{-T_{max}(\mu_{T}-r)\pm\sqrt{T_{max}(T_{max}(\mu_{T}^{2}-2\mu_{T}r+r^{2})+4Sr)}}{2r}.$\\
- \item[Caso IV ] $T=0$\\
- En el caso en el que T=0 nos quedan las siguientes ecuaciones:
- \begin{align*}
- S&=0\\
- -\mu_{I}I&=0\\
- N\mu_{b}I-\mu_{V}V&=0\\
- \end{align*}
- este caso tiene la misma solución que el \emph{Caso II} y es $E_{1}=(0,0,0)$,por lo tanto cuando se haga el analisis de estabilidad son un mismo resultado.
- \end{description}
- \end{normalsize}
- \end{document}
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