Imagine que em uma região temos uma comunidade que explora um determinado recurso finito x(t) e o transforma em um produto y(t). Portanto, se não há renovação, a taxa de variação do recurso pode ser escrita como:
dx/dt = -a1*x(t)*y(t)
O sinal de menos é necessário, pois a comunidade está depletando o recurso na criação do novo recurso y(t). De modo similar a taxa de criação será:
dy/dt=a2*x(t)*y(t)
Tanto a1, quanto a2 são constantes positivas. Isto indica a conversão completa de x(t) para y(t). Existe ainda a questão que as condições iniciais não podem ser nulas, mas no caso de x(t) isto é esperado - pois se trata do recurso a ser explorado.
O problema das condições iniciais não nulas de y(t) pode ser resolvido fazendo-se uma alteração nas equações, seja y(t)=z(t)+y(0). Neste caso z(0) pode ser zero, desde que as condições iniciais de y(0) sejam incluídas na equação.
Desta forma:
dx/dt = -a1*x(t)*(z(t)+y(0))=-a1*x(t)*z(t)-b1*x(t)
dz/dt=a2*x(t)*(z(t)+y(0))=a2*x(t)*z(t)+b2*x(t)
Dadas as características do problema, sabemos que tanto b1 quando b2 são positivos. Mais ainda, o pontos de equilíbrio da equação se tornam mais claros utilizando a notação de valores iniciais não nulos representados através de novas variáveis.
Portanto, fazendo a mesma coisa com x, temos x(t)=w(t)+x(0). Assim:
dw/dt = -a1*(w(t)+x(0))*z(t)-b1*(w(t)+x(0))
dz/dt=a2*(w(t)+x(0))*z(t)+b2*(w(t)+x(0))
Expandindo:
dw/dt = -a1*w(t)*z(t)-b1*w(t)-c1*z(t)-d1
dz/dt=a2*w(t)*z(t)+b2*w(t)+c2*z(t)+d2
Aonde d1=a1*x(0)*y(0), d2=a2*x(0)*y(0), c1=a1*x(0), c2=a2*x(0), b1=a1*y(0) e b2=a2*y(0).
Assim podemos calcular os pontos de equilíbrio resolvendo:
a1*w*z+b1*w+c1*z+d1=w*z+y(0)*w+x(0)*z+x(0)*y(0)=0
a2*w*z+b2*w+c2*z+d2=w*z+y(0)*w+x(0)*z+x(0)*y(0)=0
ou seja:
w*z+y(0)*w+x(0)*z+x(0)*y(0)=0
Naturalme


Mesmo assim, o ponto importante é como o sistema final irá se comportar. Com condições iniciais x(0) =1 e y(0)=0.01 temos:
Esta é a curva do produto. Note que a curva é limitada a um valor máximo (que pode ser ajustado de acordo com as condições de contorno). A curva de extração segue um padrão similar até que o recurso é completamente depletado. A relação entre as curvas será dada pelas condições iniciais e pelos coeficientes.
Mas o que acontece quando surge um terceiro nível?
Bem isto veremos depois