Stability Switches, Hopf Bifurcation and Chaotic Dynamics in Simple Epidemic Model with State-Dependent Delay

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作者
Redouane Qesmi,Jane M. Heffernan,Jian Wu
出处
期刊:International Journal of Bifurcation and Chaos [World Scientific]
卷期号:33 (11)
标识
DOI:10.1142/s0218127423300288
摘要

Dynamic behavior investigations of infectious disease models are central to improve our understanding of emerging characteristics of model states interaction. Here, we consider a Susceptible-Infected (SI) model with a general state-dependent delay, which covers an immuno-epidemiological model of pathogen transmission, developed in our early study, using a threshold delay to examine the effects of multiple exposures to a pathogen. The analysis in the previous work showed the appearance of forward as well as backward bifurcations of endemic equilibria when the basic reproductive ratio [Formula: see text] is less than unity. The analysis, in the present work, of the endemically infected equilibrium behavior, through the study of a second order exponential polynomial characteristic equation, concludes the existence of a Hopf bifurcation on the upper branch of the backward bifurcation diagram and gives the criteria for stability switches. Furthermore, the inclusion of state-dependent delays is shown to entirely change the dynamics of the SI model and give rise to rich behaviors including periodic, torus and chaotic dynamics.

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