<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">mais</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Моделирование и анализ информационных систем</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Modeling and Analysis of Information Systems</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1818-1015</issn><issn pub-type="epub">2313-5417</issn><publisher><publisher-name>Yaroslavl State University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.18255/1818-1015-2016-5-559-567</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">mais-389</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>Оригинальные статьи</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>Articles</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Асимптотика стационарного решения с внутренним переходным слоем для системы типа ФитцХью–Нагумо</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Asymptotic Approximation of the Stationary Solution with Internal Layer for FitzHugh–Nagumo System</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Мельникова</surname><given-names>А. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Melnikova</surname><given-names>A. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник</p></bio><bio xml:lang="en"><p>PhD</p></bio><email xlink:type="simple">melnikova@physics.msu.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Аргун</surname><given-names>Р. Л.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Argun</surname><given-names>R. L.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>студент</p></bio><bio xml:lang="en"><p>undergraduate student</p></bio><email xlink:type="simple">raul96@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет, 119991, Россия, ГСП–1, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Lomonosov Moscow State University, GSP-1, Leninskie Gory, Moscow 119991, Russian Federation</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2016</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>20</day><month>10</month><year>2016</year></pub-date><volume>23</volume><issue>5</issue><fpage>559</fpage><lpage>567</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Мельникова А.А., Аргун Р.Л., 2016</copyright-statement><copyright-year>2016</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Мельникова А.А., Аргун Р.Л.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Melnikova A.A., Argun R.L.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.mais-journal.ru/jour/article/view/389">https://www.mais-journal.ru/jour/article/view/389</self-uri><abstract><p>Важной частью развития современной биофизики является создание адекватных математических моделей процессов в живой природе. Процессы свертывания крови, распространения нервного импульса, сокращение сердечной мышцы, формирования структур в живой природе относятся к типу автоволновых. Для описания автоволновых процессов в активных средах часто применяется система уравнений ФитцХью–Нагумо. При решении соответствующей математической задачи стандартно используются численные методы. Но автоволновые решения с резкими градиентами требуют применения ресурсоемких алгоритмов. Задачи такого типа целесообразно исследовать аналитическими методами. В данной работе для получения приближенного решения сингулярно возмущенной системы типа ФитцХью-Нагумо применяется асимптотический метод теории контрастных структур. Метод позволяет редуцировать нелинейную систему уравнений к ряду задач, которые решаются аналитически или устойчивыми численными алгоритмами. В работе получено асимптотическое приближение стационарного автоволнового решения нелинейной системы и определена формула, задающая локализацию внутренних переходных слоев. Для оценки результатов проведено сравнение с численным решением. Описанное в работе применение теории контрастных структур к исследованию моделей активных сред может быть использовано для аналитического исследования других подобных систем, совершенствования имеющихся моделей и повышения эффективности численных расчетов.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Creating adequate mathematical models of processes in living nature is an important task of modern biophysics. Blood clotting, nerve impulse propagation, reduction of the heart muscle, the pattern-formation in nature are auto-wave processes. FitzHugh–Nagumo system of equations is used to describe the auto-wave processes in active media. Such math problems are usually solved by numerical methods. The use of resource-intensive algorithms is required in the case of auto-wave solutions with sharp gradients. Therefore, it is appropriate to use the analytical methods for this type of problems. In this paper, the asymptotic method of contrast structures theory is used to obtain an approximate solution of a singularly perturbed system of FitzHugh–Nagumo type. The method allows to reduce the non-linear system of equations to a number of problems that can be solved analytically or with a stable numerical algorithm. This study presents the asymptotic approximation of a stationary auto-wave solution of the considered system. Additionally, this paper provides a formula that specifies the location of internal transition layers. The results were compared with the numerical solution. The application of contrast structures theory to the study of active media models can be used for analytical studies of other such systems, improving existing models and increasing the efficiency of the numerical calculations.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>асимптотика</kwd><kwd>малый параметр</kwd><kwd>сингулярные возмущения</kwd><kwd>внутренний переходный слой</kwd><kwd>система активатор–ингибитор</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>asymptotic approximation</kwd><kwd>small parameter</kwd><kwd>singular perturbation</kwd><kwd>inner transition layer</kwd><kwd>activator-inhibitor system</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бутузов В. Ф., Левашова Н. Т., Мельникова А. А., “Контрастная структура типа ступеньки в сингулярно возмущенной системе уравнений с различными степенями малого параметра”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 52:11 (2012), 1983–2003.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Butuzov V. F., Levashova N. T., Mel’nikova A. A., “Steplike contrast structure in a singularly perturbed system of equations with different powers of small parameter”, Comput. Math. Math. Phys., 52:11 (2012), 1526–1546.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Cидоpова А. Э., Левашова Н. Т., Мельникова А. А., Яковенко Л. В., “Популяционная модель уpбоэкоcиcтем в пpедcтавленияx активныx cpед”, Биофизика, 60:3 (2015), 574–582.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sidorova A. E., Levashova N. T., Mel’nikova A. A., Yakovenko L. V., “A model of a human dominated urban ecosystem as an active medium”, Biophysics, 60:3 (2015), 466–473.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">FitzHugh R., “Impulses and physiological states in theoretical model of nerve membrane”, Biophys. J., 1:1 (1961), 445–466.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">FitzHugh R., “Impulses and physiological states in theoretical model of nerve membrane”, Biophys. J., 1:1 (1961), 445–466.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Murray J., Mathematical Biology II: Spatial Models and Biomedical Applications, SpringerVerlag, New York, 2003.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Murray J., Mathematical Biology II: Spatial Models and Biomedical Applications, SpringerVerlag, New York, 2003.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Левашова Н. Т., Неф¨eдов Н. Н., Ягремцев А. В., “Контрастные структуры в уравнениях реакция–диффузия–адвекция в случае сбалансированной адвекции”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 53:3 (2013), 365–376.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Comput. Math. Math. Phys., 53:3 (2013), 273–283.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Nefedov N. N., Recke L., Schneider K. R., “Existence and asymptotic stability of periodic solutions with an interior layer of reaction-advection-diffusion equations”, Journal of Mathematical Analysis and Applications, 405:1 (2013), 90–103.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nefedov N. N., Recke L., Schneider K. R., “Existence and asymptotic stability of periodic solutions with an interior layer of reaction-advection-diffusion equations”, Journal of Mathematical Analysis and Applications, 405:1 (2013), 90–103.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Zarnitsina V. I., Ataullakhanov F. I., Lobanov A. I., Morozova O. L., “Dynamics of spatially nonuniform patterning in the model of blood coagulation”, Chaos, 11:1 (2001), 57–70.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zarnitsina V. I., Ataullakhanov F. I., Lobanov A. I., Morozova O. L., “Dynamics of spatially nonuniform patterning in the model of blood coagulation”, Chaos, 11:1 (2001), 57–70.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Aliev R. R., Panfilov A. V., “A simple two-variable model of cardiac excitation”, Chaos, Solitons and Fractals, 7:3 (1996), 293–301.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Aliev R. R., Panfilov A. V., “A simple two-variable model of cardiac excitation”, Chaos, Solitons and Fractals, 7:3 (1996), 293–301.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Васильева А. Б., Бутузов В. Ф., Асимптотические методы в теории сингулярных возмущений, Высш. школа, Москва, 1990.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vasil’eva A. B., Butuzov V. F., Asimptoticheskie metody v teorii singulyarnikh vozmuchenii, Vysh. shkola, Moscow, 1990, (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Al’shin A. B., Al’shina E. A., Kalitkin N. N., Koryagina A. B., “Rosenbrock schemes with complex coefficients for stiff and differential algebraic systems”, Computational Mathematics and Mathematical Physics, 46:8 (2006), 1320–1340.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Al’shin A. B., Al’shina E. A., Kalitkin N. N., Koryagina A. B., “Rosenbrock schemes with complex coefficients for stiff and differential algebraic systems”, Computational Mathematics and Mathematical Physics, 46:8 (2006), 1320–1340.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
