社会性昆虫の巣造りに対する数理モデル－多因子走性系に発現する対称性崩壊－
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19K03594
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 12020:Mathematical analysis-related
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
大崎 浩一 関西学院大学, 理工学部, 教授 (40353320)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鳴海 孝之 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (50599644)
陰山 真矢 関西学院大学, 理工学部, 助手 (80824060)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 非線形放物型方程式 / 反応拡散系 / 走性 / 社会性昆虫 / パターン形成 |
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| Outline of Research at the Start |
社会性昆虫であるシロアリならびにミツバチの造巣過程を数理モデル化した2つの数理モデル（Deneubourg系およびSkarka-Deneubourg-Belic系）を研究します．その解析には，これまで研究代表者らが発展・整備させてきた手法が有効であると考えています．本研究では，これらのモデルに新規に現れる問題：解の時間大域的存在性，アトラクターの存在性，解のダイナミクスについて研究を推し進めます．それによって，社会性昆虫の造巣現象のメカニズム解明に寄与するとともに，新規に開発して用いる数理解析の手法を整理・整備して，非線形解析学分野の発展にも貢献することを目指します．
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| Outline of Annual Research Achievements |
J. L. Deneubourg (1977)が提案した３因子走性系は，社会性昆虫であるシロアリの営巣過程に関する方程式で，シロアリの密度，堆積物質の密度，化学物質の濃度に関する3本の方程式からなる反応拡散移流系です．特に堆積物質は拡散しないため，数学的には部分散逸性を有する系に分類されます．今年度は空間次元が１および２の場合を取り扱い，Deneubourg系の解の時間大域存在性を研究しました．特に空間次元が２の場合は，これまでの類似の方程式からの類推で解の爆発を見込んでおり，初期関数の L^1-ノルムに関するスモールネス条件下にてこれを示しています．一方，解のパターン形成についても，定数定常解の空間対称性崩壊という視点から研究を行いました．定数定常解周りの線形化作用素に対する固有値が正の実部を有するための条件を求め，その条件下で数値シミュレーションを行ったところ，例えば正方形領域では試した限り全て解が爆発し，細長い領域では狙ったフーリエモードを有する定常解を捉えることができました．領域に依存するこの解の時間大域存在性と爆発の問題については，引き続き継続して研究を行います．Deneubourg系は部分散逸を有するため，対応する因子に平滑化効果がない，すなわち解作用素がコンパクト性を有しません．本研究ではこの困難に対して，解作用素の成分で堆積物質に対応する部分が，残り成分が示すコンパクト作用素の摂動とみなせることを示して，有限次元コンパクトアトラクターも構成しています．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
空間次元が１および２の場合のDeneubourg系の解の時間大域存在性を研究し，それぞれの場合において査読付き論文が公表されています．また解のパターン形成についても，定数定常解の対称性崩壊に関しての理論的成果が上の査読付き論文にて公表されており，さらにその関連から，解の時間大域存在性と爆発の問題についての数値的成果が得られています．
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| Strategy for Future Research Activity |
Deneubourg系の解の時間大域存在性に関しては空間次元が１および２の場合について，本研究によって一定の成果が得られました．特に空間２次元の場合は初期値のスモールネスを課しているため，今後このスモールネスを課さない場合について研究を進めます．
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
