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A Susceptible, Exposed, Infectious, and Recovered (SEIR) type control model describing the Ebola epidemic in a population of constant size is considered over a fixed time interval. This model is an extension of the well-known SEIR model and is more suitable to the study of the control mechanism of Ebola epidemics. Along with the traditional SEIR compartments, this model contains an isolated infectious compartment representing the number of infected and exposed individuals that have been isolated from the susceptible individuals. The model has two intervention controls reflecting efforts to protect susceptible individuals from infected and exposed individuals. Additionally, there are two control functions that define efforts for the detection and isolation of infected and exposed individuals. The minimization problem of the sum of total fractions of infected and exposed individuals and total weighted costs of control constraints over a given time interval is stated. For the analysis of the corresponding optimal controls, the Pontryagin maximum principle is used. Accordingly, the controls are bang-bang functions determined by the corresponding switching functions. In order to estimate the number of zeros of the switching functions, a new approach is proposed based on the analysis of the Cauchy problems for the derivatives of these functions. It is found that the optimal controls of the original problem have at most one switching. This allows the reduction of the original complex optimal control problem to the solution of a much simpler problem of conditional minimization of a function of three variables. Results of the numerical solution to this problem and their analysis are provided. ResumenSe considera un modelo de tipo Susceptible, Expuesto, Infeccioso y Recuperado (SEIR) que describe la epidemia del ébola en una población de tamaño constante sobre un intervalo de tiempo fijo. Este modelo es una extensión del bien conocido modelo SEIR y es más adecuado para el estudio del mecanismo de control de la epidemia del ébola. Además de los compartimientos tradicionales del SEIR, este modelo contiene un compartimiento aislado infeccioso que representa el número de individuos infectados y expuestos que han sido aislados de los individuos susceptibles. El modelo tiene dos controles de intervención que reflejan los esfuerzos para proteger a los individuos susceptibles de los individuos infectados y expuestos. Adicionalmente, hay dos funciones de control que definen los esfuerzos para la detección y aislamiento de individuos infectados y expuestos. Se plantea el problema de minimización de la suma del total de cocientes de individuos infectados y expuestos y el total de costos ponderados de restricciones de control sobre un intervalo de tiempo. Para el análisis de los correspondientes controles óptimos, se usa el principio del máximo de Pontryanguin. En consecuencia, los controles son funciones bang-bang determinadas por las correspondientes funciones de cambio. Con el fin de estimar el número de ceros de las funciones de cambio, se propone un nuevo enfoque basado en el análisis de los problemas de Cauchy para las derivadas de estas funciones. Se encontró que los controles óptimos del problema original tienen a lo sumo un cambio. Esto permite la reducción del complejo problema original de control óptimo a resolver un problema mucho más simple de minimización condicional de una función de tres variables. Se presentan los resultados y análisis de la solución numérica a este problema.

En este trabajo, se presentan dos modelos epidemiológicos con perturbación aleatoria, basados en los modelos epidemiológicos deterministas de tipo SIS y SEIR. Se discute la definición de número reproductivo básico en ambos modelos, proponiendo dos definiciones: el número reproductivo básico el cual se obtiene a partir de la estabilidad asintótica del punto de equilibrio libre de enfermedad de cada modelo y de variable aleatoria reproductiva básica obtenida a partir de la definición de número reproductivo como una integral de una función de sobrevivencia. Una vez se tienen tales definiciones se estudian la relación entre el número y variable aleatoria en cada modelo. Se estudian cuatro aspectos fundamentales: existencia y unicidad de la solución (por ejemplo, de la población infectada), extinción de la enfermedad, persistencia en la media y existencia de la distribución estacionaria. Finalmente se presentan los resultados de la simulaciones de los modelos y se propone la estimación de parámetros por el método de máxima verosimilitud. Abstract: In this paper, two epidemiological models with random perturbation are presented, based on the deterministic epidemiological SIS and SEIR models. The definition of the basic reproductive number in both models is discussed, proposing two definitions: the basic reproductive number which is obtained from the asymptotic stability of the disease-free equilibrium point of each model and the basic reproductive random variable which is obtained from the definition of reproductive number as an integral of a survival function. Once such definitions are given, it studies the relationship between the number and the random variable in each model. Four fundamental aspects are studied in each model: existence and uniqueness of the solution (for example, infected population), extinction of the disease, persistence in the mean and existence of the stationary distribution. Finally, the results of the simulations in the models are presented and it proposes an estimation of parameters by the maximum likelihood method. Maestría