Бесплатные калькуляторы

Примеры запросов: процентыипотекаплощадь✓ 1 414 работающих калькуляторов

ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА · ОНЛАЙН

Темп роста популяции с двумя возрастными стадиями

Если популяцию разделить на молодь и взрослых, её состояние за один шаг (например, год) описывает матрица 2×2: первая строка отвечает за рождение молоди, вторая — за выживание и переход во взрослые. Долгосрочный рост задаётся наибольшим собственным значением этой матрицы. Введите четыре числа матрицы, и калькулятор найдёт λ₁ и λ₂.

✓ Бесплатно⌁ С пояснением✦ Без регистрации
▦
КАЛЬКУЛЯТОР

Введите данные

Четыре числа через пробел: a, b — первая строка (вклад стадий в рождение молоди), c, d — вторая строка (выживание молоди и взрослых).
✓ Исходные значения передаются серверу только для выполнения расчёта. Регистрация не нужна.
ВАШ РЕЗУЛЬТАТ✓ Вычислено

Собственные значения 2×2

Собственное значение λ₁1,280776
Собственное значение λ₂-0,780776
След матрицы0,5
Определитель-1

«Копировать картинку» помещает изображение результата в буфер обмена без сохранения файла — его можно сразу вставить в мессенджер или документ. Картинка и PDF содержат ссылку на calc-calc.ru.

Вещественный спектр квадратной матрицы ровно 2×2. При почти совпадающих значениях вычисление отклоняется; не поддерживаются комплексные значения и матрицы большего размера.

Был ли калькулятор полезен?Одно касание — и мы поймём, какие инструменты улучшать.
ПОДРОБНЫЙ РАЗБОР · ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ

Как по матрице Лесли найти темп роста популяции

Биологи и демографы часто делят популяцию на возрастные стадии и описывают её матрицей перехода. Для двух стадий, молоди и взрослых, матрица состоит из четырёх чисел. Главный вопрос: растёт популяция в долгосрочной перспективе или убывает. Ответ даёт наибольшее собственное значение матрицы.

Калькулятор находит оба собственных значения матрицы 2×2, а также её след и определитель. Значение λ₁ вы читаете как множитель роста численности за один шаг, а остальные числа служат для проверки.

Что записано в матрице

Пусть вектор состояния — численность молоди и взрослых. За один шаг новая молодь получается из прежней молоди и из взрослых, а взрослых пополняет молодь, дожившая до шага. В матрице эти правила записаны построчно: первая строка отвечает за рождение, вторая — за переход и выживание.

Чаще всего берут схему «молодь не остаётся молодью»: тогда первое число равно нулю, а плодовитость взрослых стоит во второй позиции первой строки. Так устроен основной пример: 0, 2, 0,5, 0,5.

Зачем нужны собственные значения

Если вектор состояния умножается на матрицу без изменения направления, множитель называется собственным значением. Спустя много шагов структура популяции приближается именно к такому направлению, а численность каждый шаг умножается на наибольшее λ.

Для матрицы 2×2 они находятся из квадратного уравнения λ² − (a + d)λ + (ad − bc) = 0. Сумма значений равна следу, а произведение — определителю, что удобно для проверки.

Числовой пример

Для матрицы 0, 2, 0,5, 0,5 след равен 0,5, а определитель −1. Корень из 0,0625 + 1 равен 1,0308, поэтому λ₁ = 0,25 + 1,0308 = 1,2808 и λ₂ = −0,7808. Проверка: сумма равна 0,5, произведение −1.

Значение 1,28 означает рост примерно на 28 % за шаг. Если шаг равен году, то через пять лет численность вырастет в 1,28⁵ ≈ 3,4 раза. Вторым значением можно пренебречь: его модуль меньше единицы, и со временем его влияние затухает.

Порог устойчивости

Граница между ростом и убылью — λ₁ = 1. Матрица 0, 1, 0,5, 0,5 даёт λ₁ = 1 и λ₂ = −0,5, то есть численность в долгосрочной перспективе постоянна. Снижение плодовитости или выживания переводит λ₁ ниже единицы, и популяция начинает убывать.

Этот порог помогает сравнивать меры охраны: калькулятор покажет, как меняется λ₁ при улучшении выживания молоди с 0,5 до 0,6 или при другой плодовитости.

Как проверить результат

У любой матрицы 2×2 сумма собственных значений равна следу, а произведение — определителю. Для матрицы 1, 1, 1, 0 след равен 1, определитель −1, значения 1,618 и −0,618: их сумма 1, произведение −1. Если равенства не выполняются, числа введены неверно.

Для диагональной матрицы собственные значения совпадают с диагональными элементами. Матрица 2, 0, 0, 3 даёт значения 3 и 2: две стадии не влияют друг на друга и растут независимо.

Что в модель не входит

Матрица предполагает постоянные коэффициенты. В реальности рождаемость падает при нехватке ресурсов, а выживание зависит от погоды, поэтому результат описывает идеализированный рост без ограничений среды.

Калькулятор поддерживает лишь вещественные собственные значения матрицы 2×2. Для трёх и более стадий требуется другой расчёт, а при комплексных значениях, которые отвечают колебаниям структуры, он сообщит об ошибке.

Формула расчёта

ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА

λ₁,₂ = (a + d)/2 ± √(((a + d)/2)² − (ad − bc))

Проверенные примеры

Растущая популяция

Матрица 0 2 / 0,5 0,5: каждая взрослая особь даёт 2 молодых, молодь переживает шаг с долей 0,5, взрослые тоже 0,5. Каков рост?

След 0,5, определитель −1. λ = 0,25 ± √(0,0625 + 1) = 0,25 ± 1,0308, то есть λ₁ = 1,2808, λ₂ = −0,7808. Популяция растёт на 28 % за шаг.

Устойчивая популяция

Матрица 0 1 / 0,5 0,5.

След 0,5, определитель −0,5, λ = 0,25 ± 0,75, то есть λ₁ = 1 и λ₂ = −0,5. Наибольшее значение равно 1: численность в долгосрочной перспективе постоянна.

Цепочка Фибоначчи

Матрица 1 1 / 1 0.

λ₁ = (1 + √5)/2 = 1,618: так растёт отношение соседних чисел Фибоначчи.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

  1. Составьте матрицу: a — доля молоди, остающейся молодью, b — число молодых на одну взрослую особь, c — доля молоди, переходящая во взрослые, d — выживание взрослых.
  2. Впишите числа a, b, c, d через пробел по строкам.
  3. Нажмите «Вычислить» и посмотрите значение λ₁: это множитель роста численности за один шаг.
  4. Если λ₁ больше 1, популяция в долгосрочной перспективе растёт; если меньше 1, убывает.
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Частые вопросы

Что означает λ₁ меньше 1?

Численность убывает: за каждый шаг она умножается на число меньше единицы. Например, при λ₁ = 0,9 убыль составляет 10 % за шаг после выхода на устойчивую возрастную структуру.

Почему важно именно наибольшее значение?

Со временем слагаемое с наибольшим λ преобладает над остальными, поэтому долгосрочный рост определяется им, а второе значение отвечает лишь за затухающие колебания структуры.

Подходит ли матрица, в которой есть отрицательные числа?

Калькулятор вычислит собственные значения любой вещественной матрицы 2×2, но для популяции все элементы должны быть неотрицательными: рождаемость и выживание не бывают отрицательными.

Похожие калькуляторы

▦ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА

Во сколько раз линейное преобразование меняет площадь

Во сколько раз линейное преобразование меняет площадь. Определитель матрицы преобразования описывает масштаб ориентированной площади. Нулевой определитель означает схлопывание плоскости в линию. Для квадратных матриц другой размерности определитель измеряет масштаб многомерного объёма, а не площади.

▦ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА

Композиция двух линейных преобразований 2×2

Композиция двух линейных преобразований 2×2. Матрицы описывают масштабирование, повороты и сдвиги относительно начала координат. Их произведение даёт единое преобразование. Операция поддерживает квадратные матрицы указанного порядка и обычное матричное умножение, не поэлементное.

ПОДЕЛИТЬСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

Встроить на свой сайт

Вставьте этот код в HTML-блок на своём сайте. Посетители смогут пользоваться калькулятором без перехода.

Прямая ссылка: https://calc-calc.ru/embed/calc_010235/

Предварительный просмотр