Question Number 207151 by Wuji last updated on 07/May/24
$$\mathrm{Two}\:\mathrm{proteins}\:\left(\mathrm{x}\:\mathrm{and}\:\mathrm{y}\right)\:\mathrm{control}\:\mathrm{each} \\ $$$$\mathrm{other}\:\mathrm{through}\:\mathrm{mutual}\:\mathrm{repression}.\:\mathrm{The} \\ $$$$\mathrm{dynamic}\:\mathrm{model}\:\mathrm{for}\:\mathrm{the}\:\mathrm{system}\:\mathrm{consists} \\ $$$$\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{following}\:\mathrm{system}\:\mathrm{of}\:\mathrm{ODEs}.\: \\ $$$$\mathrm{calculate}\:\mathrm{the}\:\mathrm{steady}\:\mathrm{state}\:\mathrm{values}\:\mathrm{of}\: \\ $$$$\mathrm{these}\:\mathrm{two}\:\mathrm{proteins}.\:\mathrm{comment}\:\mathrm{on}\:\mathrm{the}\: \\ $$$$\mathrm{stability}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{steady}\:\mathrm{state}\:\mathrm{and}\:\mathrm{the}\:\mathrm{type}\:\mathrm{of}\: \\ $$$$\mathrm{phase}\:\mathrm{portrait}\:\mathrm{expected}\:\mathrm{for}\:\mathrm{this}\:\mathrm{system}. \\ $$$$\mathrm{consider}\:\mathrm{x},\mathrm{y}\geqslant\mathrm{0} \\ $$$$\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{y}}{\mathrm{1}+\mathrm{y}}−\mathrm{2}\:\:\:\:\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{1}+\mathrm{x}}−\mathrm{y} \\ $$
Answered by Berbere last updated on 07/May/24
$$\frac{{dx}}{{dt}}=\frac{{y}}{\mathrm{1}+{y}}−\mathrm{2}{x}={f}\left({x},{y}\right);\frac{{dy}}{{dt}}=\frac{{x}}{\mathrm{1}+{x}}−{y}={g}\left({x},{y}\right) \\ $$$${f}\left({x},{y}\right)={g}\left({x},{y}\right)=\mathrm{0}\Leftrightarrow\begin{cases}{\frac{{y}}{\mathrm{1}+{y}}−\mathrm{2}{x}=\mathrm{0}}\\{\frac{{x}}{\mathrm{1}+{x}}−{y}=\mathrm{0}}\end{cases}\Leftrightarrow\begin{cases}{\frac{{y}}{\mathrm{1}+{y}}−\mathrm{2}{x}=\mathrm{0}}\\{{x}\left(\mathrm{1}−{y}\right)={y}}\end{cases} \\ $$$$\Rightarrow\frac{{y}}{\mathrm{1}+{y}}−\mathrm{2}\frac{{y}}{\mathrm{1}−{y}}=\mathrm{0}\Rightarrow{y}\left(\mathrm{1}−{y}\right)−\mathrm{2}{y}\left(\mathrm{1}+{y}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$−\mathrm{3}{y}^{\mathrm{2}} −{y}\Rightarrow{y}\left(\mathrm{3}{y}+\mathrm{1}\right)=\mathrm{0}\Rightarrow{y}=\mathrm{0};{y}\geqslant\mathrm{0} \\ $$$${y}=\mathrm{0}\Rightarrow{x}=\mathrm{0} \\ $$$${Jacobien}\:{MatriX}\:{J}=\begin{pmatrix}{\frac{\partial{f}}{\partial{x}}\:\:\:\:\:\:\:\frac{\partial{g}}{\partial{x}}}\\{\frac{\partial{f}}{\partial{y}}\:\:\:\:\:\:\:\frac{\partial{g}}{\partial{y}}}\end{pmatrix}\left({x},{y}\right)=\left(\mathrm{0},\mathrm{0}\right) \\ $$$${J}=\begin{pmatrix}{−\mathrm{2}\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{1}}\\{\:\:\:\:\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\:\:−\mathrm{1}}\end{pmatrix} \\ $$$${det}\left({X}−{zI}_{\mathrm{2}} \right)=\mathrm{0}\Rightarrow{X}^{\mathrm{2}} +{X}−\mathrm{3}=\mathrm{0}{X}\in\left\{\frac{−\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{13}}}{\mathrm{2}},\frac{−\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{13}}}{\mathrm{2}}\right\} \\ $$$${Re}\left(\frac{−\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{13}}}{\mathrm{2}}\right)>\mathrm{0}\:{No}\:{stability}\:{of}\:{Equilibre} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$