<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2016.00015</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Applied Mathematics and Statistics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A Heterogeneous Agent Model of Asset Price with Three Time Delays</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Matsumoto</surname> <given-names>Akio</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/298743/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Szidarovszky</surname> <given-names>Ferenc</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/366438/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Economics, International Center for further Development of Dynamic Economic Research, Chuo University</institution> <country>Hachioji, Japan</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Applied Mathematics, University of P&#x000E9;cs</institution> <country>P&#x000E9;cs, Hungary</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Iryna Sushko, Institute of Mathematics (NAS Ukraine), Ukraine</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Davide Radi, University Carlo Cattaneo, Italy; Luca Guerrini, Marche Polytechnic University, Italy</p></fn>
<fn fn-type="corresp" id="fn001"><p>&#x0002A;Correspondence: Akio Matsumoto <email>akiom&#x00040;tamacc.chuo-u.ac.jp</email></p></fn>
<fn fn-type="other" id="fn002"><p>This article was submitted to Dynamical Systems, a section of the journal Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</p></fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>29</day>
<month>09</month>
<year>2016</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2016</year>
</pub-date>
<volume>2</volume>
<elocation-id>15</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>24</day>
<month>06</month>
<year>2016</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>14</day>
<month>09</month>
<year>2016</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2016 Matsumoto and Szidarovszky.</copyright-statement>
<copyright-year>2016</copyright-year>
<copyright-holder>Matsumoto and Szidarovszky</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract><p>This paper considers a continuous-time heterogeneous agent model of a financial market with one risky asset, two types of agents (i.e., the fundamentalists and the chartists), and three time delays. The chartist&#x00027;s demand is determined through a nonlinear function of the difference between the current price and a weighted moving average of the delayed prices whereas the fundamentalist&#x00027;s demand is governed by the difference between the current price and the fundamental value. The asset price dynamics is described by a nonlinear delay differential equation. Two main results are analytically and numerically shown:
<list list-type="simple">
<list-item><p>(i) a single delay destabilizes the market price and generates cyclic oscillations around the equilibrium;</p></list-item>
<list-item><p>(i) under multiple delays, stability loss and gain repeatedly occur as the length of the delay increases.</p></list-item>
</list>
</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>heterogeneous agents model</kwd>
<kwd>three time delays</kwd>
<kwd>stability switching curves</kwd>
<kwd>delay effect</kwd>
<kwd>bifurcation</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="7"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="63"/>
<ref-count count="14"/>
<page-count count="11"/>
<word-count count="6505"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>Persistent volatility is a prominent characteristic feature of financial markets. It is, however, well-known that the efficient market hypothesis cannot account for the discrepancy between the observed market price and the fundamental value of the asset. Recently, heterogeneous agent models (HAMs) have been developed to explain a wide variety of financial market behavior such as temporary bubbles, sudden market crashes and price resistance in discrete-time as well as in continuous-time framework. In his survey of recent developments of HAMs, Hommes [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] discusses that nonlinear discrete-time HAMs can generate various dynamics ranging from cyclic fluctuations to chaotic behavior. Among others there is Chiarella et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] who propose a discrete-time HAM with a moving average (MA) rule having various memory lengths. Their main finding is that the length of the MA rule can be a source of complicated dynamics in destabilized financial markets in deterministic and stochastic processes of difference equations. On the other hand, continuous-time HAMs are also examined in various ways in which dynamics are described by ordinary or delay differential equations. They have a long history since Zeeman [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] and Beja and Goldman [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. Moreover, Chiarella [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>], which is a development of Beja and Goldman [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], shows that the market price tends to a stable limit cycle under a nonlinear demand function of the risky asset when the equilibrium is unstable. More recently, He and Zheng [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] reconstruct the discrete-time model of Chiarella et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] in a continuous-time framework in which the expected price is formed with a moving average of the past (delay) prices. Their main result concerns a <italic>double edge effect</italic> on the stability caused by the length of the memory or delay: an increase in delay can destabilize the market price and also stabilize it. In their model as well as in subsequent studies on continuous-time HAMs such as He and Li [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] and Xu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>], this interesting phenomenon is obtained under the assumption that infinitely many past price data are available at no charge of cost. Needless to remember the well-known line in economics, &#x0201C;there is no such thing as a free lunch,&#x0201D; it is to go too far to get necessary information for nothing. At least two ways are possible to render this extreme assumption to more realistic one, the first is to introduce information cost associated with collecting the price data and the second is to limit availability of the past prices. In the present paper, we take the second way and then reconsider the price dynamics when the chartists forecast an expected price, using only a limited information on past prices.</p>
<p>Following the framework of Dibeh [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], this paper constructs a dynamic HAM of a speculative asset with three delays (i.e., three past prices) and investigates the effect of time delays on the asset price dynamics. Dibeh [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] conducts mainly with numerical simulations. Analytical developments of a one-delay version and a two-delay version of Dibeh&#x00027;s model are already presented by Qu and Wei [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>] and Matsumoto and Szidarovszky [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], respectively. The model we analyze is a continuation of these preceding studies. One of our main findings is that stability switches from stability to instability as well as from instability to stability can occur in three delay framework. That is, the double edge effect can also be observed in continuous-time HAMs with a finite number of delay prices.</p>
<p>The structure of the paper is as follows. Section Model constructs a HAM model with fundamentalists and chartists. The stability switching curve is analytically derived, which divides the delay space into stability and instability regions. Section Dynamics has three subsections, in each of which we conduct a stability and bifurcation analysis under different circumstances. Section Concluding Remarks concludes the paper with further research directions.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Model</title>
<p>We consider an asset pricing model with one risky asset and two traders, fundamentalists and chartists. Let <italic>p</italic>(<italic>t</italic>) be the price of the risky asset at time <italic>t</italic>. Since the fundamentalists believe that <italic>p</italic>(<italic>t</italic>) eventually converges to <italic>f</italic>, the fundamental (i.e., equilibrium) price of the asset, they will sell the asset if <italic>p</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003E; <italic>f</italic> and buy it if <italic>p</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003C; <italic>f</italic>. The simplest form of the demand function of the fundamentalist is
<disp-formula id="E1"><mml:math id="M1"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <italic>m</italic> &#x02208; (0, 1) is the fraction of the fundamentalists in the market. On the other hand, the chartists base their decisions of market participation on the price trend of the asset. Their demand function is
<disp-formula id="E2"><mml:math id="M2"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <italic>s</italic>(<italic>t</italic>) is a weighted average of the past price trends formulated at time <italic>t</italic>,
<disp-formula id="E3"><mml:math id="M3"><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where &#x003C4;<sub><italic>i</italic></sub> &#x02265; 0 is a time delay with &#x003C4;<sub>0</sub> &#x0003D; 0 and &#x003B1;<sub><italic>i</italic></sub> &#x02265; 0 denotes a weight of a price change satisfying <inline-formula><mml:math id="M150"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The demand function <italic>g</italic>(<italic>s</italic>) is assumed to be hyperbolic tangent as in Chiarella [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>] and Dibeh [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>],
<disp-formula id="E4"><mml:math id="M5"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The market demand is the sum of demands of the fundamentalists and chartists,
<disp-formula id="E5"><mml:math id="M6"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The price dynamics follows Dibeh&#x00027;s formulation in which the growth rate of price is determined by the market demand,
<disp-formula id="E6"><mml:math id="M7"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
that is written as a nonlinear delay differential equation,
<disp-formula id="E7"><label>(1)</label><mml:math id="M8"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Notice that <italic>s</italic>(<italic>t</italic>) can be rewritten as
<disp-formula id="E8"><mml:math id="M9"><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E9"><mml:math id="M10"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with
<disp-formula id="E10"><mml:math id="M11"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;for&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x02009;&#x000A0;and&#x000A0;&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since <inline-formula><mml:math id="M151"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is considered to be the weighted (moving) average of the past <italic>n</italic> prices, the chartists believe that the price will rise (fall) when the current price is above (below) the average of the <italic>n</italic> delay prices. If infinitely many price data is available with finite or infinite memory length, the moving average can be presented by continuously distributed time delay such as
<disp-formula id="E11"><mml:math id="M13"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where 0 &#x0003C; &#x003BE; &#x02264; &#x0221E; is the memory length and &#x003B7;(<italic>s</italic>) is a weighting function. This form is used in He and Zheng [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>].</p>
<p>Concerning the specification of <italic>s</italic>(<italic>t</italic>), Qu and Wei [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>] examine the case of <italic>n</italic> &#x0003D; 1 in which the trend includes one delay price with &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003D; 1
<disp-formula id="E12"><mml:math id="M14"><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is shown first that there exists a threshold value of the delay at which stability is lost and second that the stationary point can be stable for smaller values and bifurcates to a limit cycle for larger values. Matsumoto and Szidarovszky [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] consider the case of <italic>n</italic> &#x0003D; 2 in which two delay prices are used to formulate the trend,
<disp-formula id="E13"><mml:math id="M15"><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
or
<disp-formula id="E14"><mml:math id="M16"><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with
<disp-formula id="E15"><mml:math id="M17"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>With two delay prices, the coefficients are positive and add up to unity in interpolation (i.e., &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003E; &#x003B1;<sub>2</sub>) whereas one coefficient is negative, the other greater than unity and the sum is also unity in extrapolation (i.e., &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003C; &#x003B1;<sub>2</sub>). It is demonstrated that the two delay model has a double edge effect with which stability losses and gains can repeatedly occur.</p>
<p>In this study, we move one more step forward and draw attention to the case of <italic>n</italic> &#x0003D; 3 for which the average trend is
<disp-formula id="E16"><mml:math id="M18"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
or
<disp-formula id="E17"><mml:math id="M19"><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with
<disp-formula id="E18"><mml:math id="M20"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x02009;&#x000A0;and&#x000A0;&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>For the sake of convenience, we adopt the following form,
<disp-formula id="E19"><mml:math id="M21"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The unique stationary point of dynamic Equation (1) is identical with the equilibrium price,
<disp-formula id="E20"><mml:math id="M22"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;for&#x000A0;all&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is clear that at the stationary point there is no price trend, <italic>s</italic><sup><italic>e</italic></sup> &#x0003D; 0. Linearizing the nonlinear dynamic equation in a neighborhood of the stationary point yields
<disp-formula id="E21"><label>(2)</label><mml:math id="M23"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where <inline-formula><mml:math id="M152"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and the coefficients are defined as
<disp-formula id="E22"><mml:math id="M25"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>With condition <inline-formula><mml:math id="M153"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> it can be verified that
<disp-formula id="E23"><mml:math id="M27"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mi>&#x0021D0;&#x0021D2;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mi>&#x0021D0;&#x0021D2;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mi>&#x0021D0;&#x0021D2;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The locus of &#x003B1;<sub>3</sub> &#x0003D; 0 divides the first quadrant of the (&#x003B1;<sub>1</sub>, &#x003B1;<sub>2</sub>) plane into two parts, upper and lower right triangles, and condition &#x003B1;<sub>3</sub> &#x02265; 0 eliminates the upper one. The lower triangle is further divided into six subparts by the three loci of &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003D; &#x003B1;<sub>1</sub>, &#x003B1;<sub>3</sub> &#x0003D; &#x003B1;<sub>2</sub>, and &#x003B1;<sub>3</sub> &#x0003D; &#x003B1;<sub>1</sub>. Those divisions are depicted in Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref> in which the relations among the magnitudes of &#x003B1;<sub>1</sub>, &#x003B1;<sub>2</sub>, and &#x003B1;<sub>3</sub> are determined in the following way,
<disp-formula id="E24"><mml:math id="M28"><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;in&#x000A0;region&#x000A0;I</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;in&#x000A0;region&#x000A0;IV</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;in&#x000A0;region&#x000A0;II</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;in&#x000A0;region&#x000A0;V</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;in&#x000A0;region&#x000A0;III</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;in&#x000A0;region&#x000A0;VI.</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p><bold>Divisions of the (&#x003B1;<sub>1</sub>, &#x003B1;<sub>2</sub>) plane with &#x003B1;<sub>3</sub> &#x02265; 0</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-02-00015-g0001.tif"/>
</fig>
<p>Region I is colored in gray and we will limit our analysis to it below. The line of &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003D; (2 &#x02212; 3<italic>m</italic>)/2(1 &#x02212; <italic>m</italic>) &#x02212; &#x003B1;<sub>1</sub> is shown to be dotted and downward sloping<xref ref-type="fn" rid="fn0001"><sup>1</sup></xref>. It is also checked that &#x003B2;<sub>1</sub> &#x0003D; 0, &#x003B2;<sub>2</sub> &#x0003D; 0, and &#x003B2;<sub>3</sub> &#x0003D; 0 hold, respectively, on the loci of &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003D; &#x003B1;<sub>1</sub>, &#x003B1;<sub>3</sub> &#x0003D; &#x003B1;<sub>2</sub>, and &#x003B1;<sub>3</sub> &#x0003D; 0. On these boundaries the three-delay Equation (2) is reduced to one of three two-delay equations, depending on which &#x003B2;<sub><italic>i</italic></sub> value becomes zero. Matsumoto and Szidarovszky [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] consider a two delay equation that corresponds to the one with &#x003B2;<sub>3</sub> &#x0003D; 0. Their analytical method can be applied to the other two equations as well. In this study, we will confine our attention to the regions in which &#x003B2;<sub><italic>i</italic></sub> &#x0003E; 0. Although, the parametric region I is a smaller part of the whole feasible region, the three delay model restricted to region <italic>I</italic> has more freedom concening the parametric choice than the two delay model that is defined only on the line &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003D; 1 &#x02212; &#x003B1;<sub>1</sub>.</p>
<sec>
<title>2.1. Construction of stability switching curves</title>
<p>Substituting an exponential solution <inline-formula><mml:math id="M154"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> into the linearized Equation (2) yields the corresponding characteristic equation
<disp-formula id="E25"><label>(3)</label><mml:math id="M30"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Dividing the left hand side of Equation (3) by &#x003BB; &#x02212; &#x003B1; and denote the result by <italic>a</italic>(&#x003BB;),
<disp-formula id="E26"><label>(4)</label><mml:math id="M31"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with
<disp-formula id="E27"><mml:math id="M32"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>,&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since &#x003BB; &#x0003D; 0 is not a solution of Equation (3), a pair of pure imaginary roots must exist if stability switch occurs. We thus assume &#x003BB; &#x0003D; <italic>i&#x003C9;</italic>, &#x003C9; &#x0003E; 0 is a solution of Equation (3). For &#x003BB; &#x0003D; <italic>i</italic>&#x003C9;,
<disp-formula id="E28"><mml:math id="M33"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E29"><mml:math id="M34"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and
<disp-formula id="E30"><mml:math id="M35"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Each term of <italic>a</italic>(<italic>i&#x003C9;</italic>) may be viewed as a vector in the complex plane. Hence solving <italic>a</italic>(<italic>i&#x003C9;</italic>) &#x0003D; 0 analytically is equivalent to constructing a quadrangle geometrically as shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref> in which these four vectors are arranged from head to tail.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p><bold>|1| and |<italic>a<sub>j</sub></italic>(<italic>i</italic>&#x003C9;)| for <italic>j</italic> &#x0003D; 1, 2, 3 form a quadrangle</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-02-00015-g0002.tif"/>
</fig>
<p>The determination of the stability switching surface in the (&#x003C4;<sub>1</sub>, &#x003C4;<sub>2</sub>, &#x003C4;<sub>3</sub>) plane is challenging<xref ref-type="fn" rid="fn0002"><sup>2</sup></xref>. In order to make the problem manageable, we reduce the three-delay equation to a two-delay equation by fixing the value of &#x003C4;<sub>3</sub> at a certain positive level and then construct the stability switching curve in the (&#x003C4;<sub>1</sub>, &#x003C4;<sub>2</sub>) plane in which we can apply the method used earlier in Matsumoto and Szidarovszky [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], and Gu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. Notice that vector 1 is connected to vector <inline-formula><mml:math id="M155"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>. If the sum of these vectors is denoted by <italic>a</italic><sub><italic>d</italic></sub>(<italic>i&#x003C9;</italic>, &#x003C4;<sub>3</sub>),
<disp-formula id="E31"><mml:math id="M37"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
then <italic>a</italic>(&#x003BB;) with &#x003BB; &#x0003D; <italic>i&#x003C9;</italic> can be rewritten as
<disp-formula id="E32"><mml:math id="M38"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>As already shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>, <italic>a</italic>(<italic>i&#x003C9;</italic>) &#x0003D; 0 means that these three vectors in <italic>a</italic>(<italic>i&#x003C9;</italic>) must form a triangle having the dotted base with interior angles, &#x003B8;<sub>1</sub> and &#x003B8;<sub>2</sub>. Sufficient and necessary conditions for forming a triangle are given by
<disp-formula id="E33"><label>(5)</label><mml:math id="M39"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Each inequality condition implies that the length of any segment of the triangle is not greater than the sum of the lengths of the remaining two segments. Define the crossing frequency set &#x003A9; of all &#x003C9; &#x0003E; 0 such that <italic>a</italic>(<italic>i&#x003C9;</italic>) &#x0003D; 0 holds for at least one delay combination (&#x003C4;<sub>1</sub>, &#x003C4;<sub>2</sub>, &#x003C4;<sub>3</sub>) &#x02265; 0. For &#x003C9; &#x0003D; 0 in <italic>a</italic>(<italic>i&#x003C9;</italic>) leads to
<disp-formula id="E34"><mml:math id="M40"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>This inequality implies 0 &#x02209; &#x003A9;.</p>
<p>By the law of cosine, we can determine the values of &#x003B8;<sub>1</sub> and &#x003B8;<sub>2</sub> of the triangle in Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>,
<disp-formula id="E35"><mml:math id="M41"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and
<disp-formula id="E36"><mml:math id="M42"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Vertices <italic>A</italic> and <italic>B</italic> maybe located above or below the horizontal axis and the slope of segment <italic>AB</italic> can be positive or negative. So we have eight possibilities to construct a quadrangle. However, a simple geometric consideration shows that there are only two different possibilities:
<disp-formula id="E37"><mml:math id="M43"><mml:mrow><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and
<disp-formula id="E38"><mml:math id="M44"><mml:mrow><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02213;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Solving these equations for &#x003C4;<sub>1</sub> and &#x003C4;<sub>2</sub> yields the threshold values of the delays,
<disp-formula id="E39"><label>(6)</label><mml:math id="M45"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
and
<disp-formula id="E40"><label>(7)</label><mml:math id="M46"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02213;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02213;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The stability switching curves consist of two sets of parametric segments,
<disp-formula id="E41"><label>(8)</label><mml:math id="M47"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;for&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>...</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and
<disp-formula id="E42"><label>(9)</label><mml:math id="M48"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;for&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>...</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where the parameter &#x003C9; runs through the crossing frequency set &#x003A9;.</p>
<p>Substituting &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003D; &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 0 into Equation (3) presents
<disp-formula id="E43"><mml:math id="M49"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>This inequality implies that the steady state with no delays is stable. Next, assuming that &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003D; 0, we examine the existence of a threshold value of &#x003C4;<sub>3</sub> at which the system loses stability. Without loss of generality, assuming &#x003BB; &#x0003D; <italic>i&#x003C9;</italic>, &#x003C9; &#x0003E; 0 and then substituting it into Equation (3) with &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003D; 0 reduce the characteristic equation to
<disp-formula id="E44"><mml:math id="M50"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>We denote &#x003B1; &#x0002B; &#x003B2;<sub>1</sub> &#x0002B; &#x003B2;<sub>2</sub> by &#x00394; where
<disp-formula id="E45"><mml:math id="M51"><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and break down the characteristic equation into the real and imaginary parts,
<disp-formula id="E46"><label>(10)</label><mml:math id="M52"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Moving &#x00394; and &#x003C9; to the right hand side and adding the squared equations give
<disp-formula id="E47"><mml:math id="M53"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
where
<disp-formula id="E48"><mml:math id="M54"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and
<disp-formula id="E49"><mml:math id="M55"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
with
<disp-formula id="E50"><mml:math id="M56"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Notice that the dotted curve in Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref> is described by &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003D; &#x003C6;(&#x003B1;<sub>1</sub>). It is clear first that
<disp-formula id="E51"><mml:math id="M57"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo>&#x022DB;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;according&#x000A0;to&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x022DB;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and second that
<disp-formula id="E52"><mml:math id="M58"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>This leads to the following result.</p>
<p>Proposition 1. <italic>Given</italic> &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003D; 0, <italic>the solution of delay system (1) is stable for any</italic> &#x003C4;<sub>3</sub> &#x02265; 0 <italic>if the fundamentalists dominate over the chartists in the sense that m</italic> &#x02265; 2/3.</p>
<p>If &#x003B2;<sub>3</sub> &#x0002B; &#x00394; &#x0003E; 0, then there is a &#x003C9; such as <inline-formula><mml:math id="M156"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> In this case, loss of stability for <inline-formula><mml:math id="M157"><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> can be shown in the following way. The characteristic equation with &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003D; 0 can be written as
<disp-formula id="E53"><label>(11)</label><mml:math id="M61"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Taking &#x003BB; as a function of &#x003C4;<sub>3</sub> and differentiating it with respect to &#x003C4;<sub>3</sub> yield
<disp-formula id="E54"><mml:math id="M62"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
where the right hand side of Equation (11) are used. Substituting &#x003BB; &#x0003D; <italic>i&#x003C9;</italic> and taking the real part of the resulting expression give
<disp-formula id="E55"><mml:math id="M63"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>Re</mml:mtext><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>Re</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>Re</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>This inequality implies that all roots cross the imaginary axis at <italic>i&#x003C9;</italic> from left to right as &#x003C4;<sub>3</sub> increases so stability is lost. Correspondingly, solving the first equation of Equation (10) for &#x003C4;<sub>3</sub> presents the threshold value
<disp-formula id="E56"><label>(12)</label><mml:math id="M64"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
and the system is stable for <inline-formula><mml:math id="M158"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and unstable otherwise<xref ref-type="fn" rid="fn0003"><sup>3</sup></xref>. We summarize the results obtained so far.</p>
<p>Proposition 2. <italic>Given</italic> &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003D; 0, <italic>the solution of delay system (1) is stable for</italic> <inline-formula><mml:math id="M159"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> <italic>loses stability for</italic> <inline-formula><mml:math id="M160"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <italic>and becomes unstable for all</italic> <inline-formula><mml:math id="M161"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <italic>if the following condition holds</italic>,
<disp-formula id="E57"><mml:math id="M69"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<italic>whereas it is always stable for any</italic> &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003E; 0 <italic>otherwise</italic>.</p>
<p>It is to be noticed that with &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003D; 0, the three delay model is reduced to a one delay model and thus this stability result is essentially the same as the one of Qu and Wei [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. In the next section we will proceed to the case of &#x003C4;<sub><italic>i</italic></sub> &#x0003E; 0 for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, 3.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Dynamics</title>
<p>Central to this study is the problem of dynamics associated with three fixed delays. This problem is complex and it seems unlikely that an analytical approach to nonlinear delay differential Equation (1) would generate fruitful results on dynamics as it might be difficult to solve the equation. In order to understand global dynamics with delays better, it is useful to take a numerical approach. To this end, we make several simplifying assumptions and then numerically examine dynamics of the asset price.</p>
<p><bold>Assumption 1</bold>. <italic>f</italic> &#x0003D; 5, <italic>m</italic> &#x0003D; 0.4 and &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 5.</p>
<p><bold>Assumption 2</bold>. &#x003B1;<sub><italic>i</italic></sub> for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, 3 satisfy &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003E; &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003E; &#x003B1;<sub>3</sub> &#x0003E; 0.</p>
<p><bold>Assumption 3</bold>. &#x003C4;<sub><italic>i</italic></sub> for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, 3 satisfy &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003C; &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003C; &#x003C4;<sub>3</sub>.</p>
<p>Since the parameter values in Assumption 1 are determined only for computational convenience, the main results to be obtained below hold for any other values, provided that <italic>m</italic> &#x0003C; 2/3. Assumption 2 implies that the more recent trend has the more weight. This is not necessary but simplifies the analysis. Under <italic>m</italic> &#x0003D; 0.4 of Assumption 1, region I is located above the line &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003D; &#x003C6;(&#x003B1;<sub>1</sub>) which is the dotted downward-sloping line passing through point (1/3, 1/3) in Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>. Due to Proposition 2, the stationary point is always stable in region I where &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003E; &#x003C6;(&#x003B1;<sub>1</sub>) if &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003D; 0. Thus it is easy to see how increasing values of these delays affect stability of the steady state. Assumption 3 imposes a natural ordering among the three delays, that is, an older price has a longer delay.</p>
<p>The rest of this section is divided into three subsections. We will look at the &#x003C4;<sub>1</sub>-effect on dynamics caused by a change in &#x003C4;<sub>1</sub> in Section Delay Effect I: &#x003C4;<sub>1</sub>-effect, explore the &#x003C4;<sub>2</sub>-effect in Section Delay Effect II: &#x003C4;<sub>2</sub>-effect, and focus on considerations of the &#x003C4;<sub>3</sub>-effect in Section Delay Effect III: &#x003C4;<sub>3</sub>-effect.</p>
<sec>
<title>3.1. Delay effect I: &#x003C4;<sub>1</sub>-effect</title>
<p>We start with the &#x003C4;<sub>1</sub>-effect and present some numerical examples to see how different values of &#x003C4;<sub>1</sub> affect dynamics of Equation (1). We first check the triangle conditions. Subtracting the third equation from the second equation Equation in (5) yields
<disp-formula id="E58"><label>(13)</label><mml:math id="M70"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
implying that the relative location of the curves of <italic>f</italic><sub>1</sub>(&#x003C9;) and <italic>f</italic><sub>2</sub>(&#x003C9;) depends on whether the value of &#x003B1;<sub>2</sub> is larger or less than 1/3. To simplify the analysis, we assume that the value of &#x003B1;<sub>2</sub> is kept constant at 1/3;</p>
<p><bold>Assumption 4</bold>. &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003D; 1/3</p>
<p>Assumption 2 implies &#x003B7;<sub><italic>i</italic></sub> &#x0003E; 0 for all <italic>i</italic>, that is, the weights of the delay prices to calculate the moving average are positive. Their relative magnitudes depend on the selected values of &#x003B1;<sub><italic>i</italic></sub> and thus there are many possibilities. Among them, we will limit analysis to only two cases, &#x003B7;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003B7;<sub>2</sub> &#x0003E; &#x003B7;<sub>3</sub> if &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003C; 1/2 and &#x003B7;<sub>3</sub> &#x0003E; &#x003B7;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003B7;<sub>2</sub> if &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003C; 1/2 since Assumption 4 makes &#x003B7;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003B7;<sub>2</sub> always<xref ref-type="fn" rid="fn0004"><sup>4</sup></xref>. With Assumption 4, <italic>f</italic><sub>1</sub>(&#x003C9;) &#x0003D; <italic>f</italic><sub>2</sub>(&#x003C9;) holds regardless of the value of &#x003B1;<sub>1</sub>. Further, <italic>f</italic><sub><italic>i</italic></sub>(&#x003C9;) &#x0003E; 0, <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, for &#x003C9; &#x0003E; 0 which will be numerically confirmed below. Consequently, it is enough to verify only the location and the shapes of the <italic>f</italic><sub><italic>d</italic></sub>(&#x003C9;) curve. We consider dynamics over an interval <inline-formula><mml:math id="M162"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of &#x003B1;<sub>1</sub>. The left hand side extreme value, <inline-formula><mml:math id="M163"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>356</mml:mn></mml:math></inline-formula> is numerically determined so as to make the maximum of <italic>f</italic><sub><italic>d</italic></sub>(&#x003C9;) equal to zero. Thus for <inline-formula><mml:math id="M164"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <italic>f</italic><sub><italic>d</italic></sub>(&#x003C9;) &#x0003C; 0 for all &#x003C9; &#x0003E; 0, implying that one of the triangle conditions is always violated. The other extreme value, &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003D; 2/3, together with &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003D; 1/3 makes &#x003B1;<sub>3</sub> &#x0003D; 0 via &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003D; 1 &#x02212; &#x003B1;<sub>1</sub>. For &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003E; 2/3, the nonnegative condition &#x003B1;<sub>3</sub> &#x02265; 0 is violated. In the following numerical analysis, &#x003B1;<sub>1</sub> is increased from 6/15 to 9/15 with an increment of 1/15. The resultant four <italic>f</italic><sub><italic>d</italic></sub>(&#x003C9;) curves are colored in black in Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref> where the red curve with &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/2 and the blue curves with those extreme values are also depicted. The corresponding <italic>f</italic><sub>1</sub>(&#x003C9;) &#x0003D; <italic>f</italic><sub>2</sub>(&#x003C9;) curves are illustrated in the dotted curves with the same color and are seen to be positive for all &#x003C9; &#x02265; 0. In the gray region below the lower blue curve, no stability switch occurs and thus the steady state is stable. We do not consider the &#x003C4;<sub>1</sub>-effect there. On the other hand, the gray region above the upper blue curve is not feasible and thus eliminated from consideration. Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref> also illustrates various shapes of the <italic>f</italic><sub><italic>d</italic></sub>(&#x003C9;) curves and shows that increasing &#x003B1;<sub>1</sub> shifts the curve upward and removes its unevenness. Indeed, the lower blue curve with <inline-formula><mml:math id="M165"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> located at the bottom of the yellow region is high-wave shaped while the higher blue curve with &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003D; 2/3 at the top is monotonically downward-sloping. In addition, as the red curve passes through the origin, we then see that the curves below the red curve have two intersections with the horizontal axis and the curves above have only one intersection.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p><bold>The <italic>f</italic><sub><italic>d</italic></sub>(&#x003C9;) curves with various values of &#x003B1;<sub>1</sub></bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-02-00015-g0003.tif"/>
</fig>
<p>To be more specific, we pick up &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003D; 6/15 and construct a stability switching curve. The corresponding <italic>f</italic><sub><italic>d</italic></sub>(&#x003C9;) curve is the black one just above the lower blue curve in Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref> and intersects the horizontal axis twice at
<disp-formula id="E59"><mml:math id="M75"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>0.438</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>0.582.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The triangle conditions in Equation (5) hold for <inline-formula><mml:math id="M166"><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x003A9;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> We now ready to derive the stability switching curves, <italic>L</italic><sub>1</sub>(<italic>k, n</italic>) and <italic>L</italic><sub>2</sub>(<italic>k, n</italic>) defined in (8) and (9). Taking <italic>k</italic> &#x0003D; <italic>n</italic> &#x0003D; 1, we obtain the points of <inline-formula><mml:math id="M167"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M168"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02213;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by changing values of &#x003C9; with increment 0.0002 inside the interval <inline-formula><mml:math id="M169"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and then plot these points in the (&#x003C4;<sub>1</sub>, &#x003C4;<sub>2</sub>) plane. In Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4A</xref>, segment <italic>L</italic><sub>2</sub>(1, 1) is illustrated as a real curve in the region above the diagonal and segment <italic>L</italic><sub>1</sub>(1, 1) is a dotted curve in the region below<xref ref-type="fn" rid="fn0005"><sup>5</sup></xref>. Two segments form an elliptical-shaped closed curve having the starting point <inline-formula><mml:math id="M170"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the ending point <inline-formula><mml:math id="M171"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on the diagonal where, for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2,
<disp-formula id="E60"><mml:math id="M82"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>8.478</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>2.789.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p><bold>Dynamics for &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003D; 6/15 and &#x003B1;<sub>2</sub> &#x0003D; 1/3: (A) Stability region, (B) Bifurcation diagram</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-02-00015-g0004.tif"/>
</fig>
<p>Since the delays have two constraints, &#x003C4;<sub><italic>i</italic></sub> &#x02264; 5 for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2 and &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003C; &#x003C4;<sub>2</sub> due to Assumptions 1 and 3, the feasible region should be above the diagonal line and subject to &#x003C4;<sub>2</sub> &#x02264; 5. It is colored in yellow and further sub-divided into two sub-regions by the <italic>L</italic><sub>2</sub>(1, 1) segment that intersects two lines, one is the diagonal at (&#x003C4;<sup><italic>e</italic></sup>, &#x003C4;<sup><italic>e</italic></sup>) and the other is the horizontal line at &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003D; 5<xref ref-type="fn" rid="fn0006"><sup>6</sup></xref>.</p>
<p>It is clear from the yellow region that stability is preserved for &#x003C4;<sub>1</sub> and &#x003C4;<sub>2</sub> such as <inline-formula><mml:math id="M172"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M173"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. When the varying pair (&#x003C4;<sub>1</sub>, &#x003C4;<sub>2</sub>) with <inline-formula><mml:math id="M174"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:math></inline-formula>crosses the <italic>L</italic><sub>2</sub>(1, 1) segment, we have the stability switching as the real part of at least one eigenvalue turns to be positive and then the stationary point loses stability. To see this, we perform a simulation by increasing the value of &#x003C4;<sub>1</sub> along the dotted horizontal line at &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003D; 4 that crosses the <italic>L</italic><sub>2</sub>(1, 1) curve at point (<inline-formula><mml:math id="M175"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula>) with <inline-formula><mml:math id="M176"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>640</mml:mn></mml:math></inline-formula><xref ref-type="fn" rid="fn0007"><sup>7</sup></xref>. The numerical results are summarized in Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4B</xref> in which a bifurcation diagram with respect to &#x003C4;<sub>1</sub> is depicted. For <inline-formula><mml:math id="M177"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, a pair of (&#x003C4;<sub>1</sub>, 4) stays within the stability region. So the stationary point <italic>p</italic><sup>&#x0002A;</sup> &#x0003D; <italic>f</italic> is stable and the corresponding part of the bifurcation diagram is a horizontal line at <italic>p</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003D; <italic>f</italic>. Once <inline-formula><mml:math id="M178"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> the pair is in the instability region above the <italic>L</italic><sub>2</sub>(1, 1) segment. The stationary point, therefore, loses stability and bifurcates to a limit cycle having two extreme values (i.e., maximum and minimum). The existence of the limit cycle is confirmed by the Hopf bifurcation theorem. Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4B</xref> further implies that the limit cycle becomes larger as &#x003C4;<sub>1</sub> gets larger and the stability is never regained for &#x003C4;<sub>1</sub> &#x02264; 4<xref ref-type="fn" rid="fn0008"><sup>8</sup></xref>. The &#x003C4;<sub>1</sub>-effect is summarized as follows:</p>
<p>Proposition 3. <italic>Stability of dynamic Equation (1) with respect to &#x003C4;<sub>1</sub> depends on the selected value <inline-formula><mml:math id="M179"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of &#x003C4;<sub>2</sub></italic>;
<disp-formula id="E61"><mml:math id="M91"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">If&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">then&#x000A0;the&#x000A0;steady&#x000A0;state&#x000A0;is&#x000A0;stable&#x000A0;for&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mtext>1</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mtext>2</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">If&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext mathvariant="italic">then&#x000A0;there&#x000A0;is&#x000A0;the&#x000A0;threshold&#x000A0;value&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="italic">&#x000A0;such&#x000A0;that&#x000A0;the</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext mathvariant="italic">steady&#x000A0;state&#x000A0;is&#x000A0;stable&#x000A0;for&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup><mml:mtext mathvariant="italic">&#x000A0;and&#x000A0;loses&#x000A0;stability&#x000A0;for</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<italic>where</italic> <inline-formula><mml:math id="M180"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> <italic>is the</italic> &#x003C4;<sub>1</sub><italic>-point of the intersection of the switching curve and the horizontal line at</italic> <inline-formula><mml:math id="M181"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0002D;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula><italic></italic>.</p>
<p>Taking various values of &#x003B1;<sub>1</sub> from the interval <inline-formula><mml:math id="M182"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and constructing the stability switching curves, we detect the &#x003C4;<sub>1</sub>-effect more. In Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5A</xref>, the switching curves with various values of &#x003B1;<sub>1</sub> are illustrated and their end-points on the diagonal are denoted by the green dots. The upper most blue curve has <inline-formula><mml:math id="M183"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and the lower most blue curve has &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003D; 2/3 while the curve shifts downward as &#x003B1;<sub>1</sub> increases from <inline-formula><mml:math id="M184"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> to 2/3. As far as the curve is single-valued in &#x003C4;<sub>2</sub>, we have essentially the same result on the &#x003C4;<sub>1</sub>-effect as in the case of &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003D; 6/15: fixing the value of &#x003C4;<sub>2</sub> at some level and increasing the value of &#x003C4;<sub>1</sub>, the stability is preserved for &#x003C4;<sub>1</sub> below the threshold value <inline-formula><mml:math id="M185"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and it is lost for <inline-formula><mml:math id="M186"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> As seen in Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5A</xref>, this threshold value becomes smaller as the value of &#x003B1;<sub>1</sub> becomes larger<xref ref-type="fn" rid="fn0009"><sup>9</sup></xref>, a larger value of &#x003B1;<sub>1</sub> reinforces the destabilizing &#x003C4;<sub>1</sub>-effect.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p><bold>Delay destabilizing and stabilizing effects: (A) Stability switching curves; (B) Bifurcation diagram</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-02-00015-g0005.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>3.2. Delay effect II: &#x003C4;<sub>2</sub>-effect</title>
<p>Taking &#x003C4;<sub>1</sub> fixed, we are next concerned with the &#x003C4;<sub>2</sub>-effect, how changes in the value of &#x003C4;<sub>2</sub> affect dynamics. We first return to Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4A</xref> in which both values of &#x003B1;<sub>1</sub> and &#x003B1;<sub>2</sub> are fixed at 6/15 and 1/3, respectively. The downward-sloping shape of the switching curve in the yellow region indicates that changing the value of &#x003C4;<sub>2</sub> with constant &#x003C4;<sub>1</sub> may generate similar effect to the &#x003C4;<sub>1</sub>-effect. Let <inline-formula><mml:math id="M187"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denote the &#x003C4;<sub>1</sub>-value of the intersection of the stability switching curve and the horizontal line at &#x003C4;<sub>2</sub> &#x0003D; 5<xref ref-type="fn" rid="fn0010"><sup>10</sup></xref>. If &#x003C4;<sub>1</sub> is selected to be less than <inline-formula><mml:math id="M188"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> then the steady state is stable for any &#x003C4;<sub>2</sub> that should be above the diagonal and &#x02264;5. If <inline-formula><mml:math id="M189"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> then the steady state is stable for <inline-formula><mml:math id="M190"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and bifurcates to a limit cycle for <inline-formula><mml:math id="M191"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math id="M192"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:math></inline-formula>is defined in the same way as <inline-formula><mml:math id="M193"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and depends on the selected value of &#x003C4;<sub>1</sub>. One more case exists and is specific to the &#x003C4;<sub>2</sub>-effect, namely, if <inline-formula><mml:math id="M194"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> any feasible pair of &#x003C4;<sub>1</sub> and &#x003C4;<sub>2</sub> is in the unstable region so the steady state is unstable.</p>
<p>We now turn attention again to Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5A</xref> and consider the &#x003C4;<sub>2</sub>-effect when &#x003B1;<sub>1</sub> is increased but &#x003B1;<sub>2</sub> is still fixed at 1/3. It is already seen that the stationary point is stable in the region left to the stability switching curve and increasing the value of &#x003B1;<sub>1</sub> shifts the switching curve leftward. The stability switching curve with &#x003B1; &#x0003D; &#x003B1;<sub>0</sub> is not depicted as it is located outside Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5A</xref>. The shift of the curve implies that a larger value of &#x003B1;<sub>1</sub> reinforces the destabilizing &#x003C4;<sub>2</sub>-effect in the sense that it makes the stability region smaller. In addition, we have interesting dynamic phenomenon when the switching curve with &#x003B1;<sub>1</sub> being close to 2/3 has forward- and backward-bending segments. This shape suggests the stability loss and gain with respect to &#x003C4;<sub>2</sub>. If the initial point of (&#x003C4;<sub>1</sub>, &#x003C4;<sub>2</sub>) is selected on the diagonal such that the stationary point is stable, then the vertical line standing at this value of &#x003C4;<sub>1</sub> denoted as <inline-formula><mml:math id="M195"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>85</mml:mn></mml:math></inline-formula> crosses the stability switching curve three times at
<disp-formula id="E62"><mml:math id="M108"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>1.014</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>1.687</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>3.359</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
as illustrated in Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5A</xref>. That is, the stability is lost at the first intersection and a limit cycle emerges. The cycle is getting larger and then smaller to merge the steady state at the value of the second intersection at which the stability is regained. Further increasing &#x003C4;<sub>2</sub> crosses the stability switching curve again at which the stability is lost again. The corresponding bifurcation diagram is given in Figure <xref ref-type="fig" rid="F5">5B</xref> in which the stability losses and gains are shown. This &#x003C4;<sub>2</sub>-effect is summarized as follows:</p>
<p>Proposition 4. <italic>With a value of &#x003C4;</italic><sub>1</sub> <italic>being close to</italic> 2/3, <italic>the increasing delay</italic> &#x003C4;<sub>2</sub> <italic>has a double edge effect in a sense that it can destabilize the market price to generate a limit cycle, then stabilize it and later destabilize it again</italic>.</p>
</sec>
<sec>
<title>3.3. Delay effect III: &#x003C4;<sub>3</sub>-effect</title>
<p>We now look into the &#x003C4;<sub>3</sub>-effect, the effect caused by changing the value of &#x003C4;<sub>3</sub>. To this end, &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003D; (6 &#x02212; 0.1)/12 is taken and dynamics with three different values of &#x003C4;<sub>3</sub>, &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 5, &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 6, and &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 7, are considered. The corresponding switching curves are illustrated in different colors in Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6A</xref> (that is, a blue curve with &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 5, red curves with &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 6, and black curves with &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 7). As &#x003C4;<sub>3</sub> increases, it is observed first that the feasible regions of &#x003C4;<sub>1</sub> and &#x003C4;<sub>2</sub> increase since the upper bound of &#x003C4;<sub>2</sub> becomes larger and second that the downward-sloping switching curve shifts upward, which implies an enlargement of the stability region. It is further observed that island-shaped switching curves emerge for &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 6 and &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 7 and the steady state is unstable inside them. To detect the reason why the island-shaped region is born under larger values of &#x003C4;<sub>3</sub>, we draw the green <italic>f</italic><sub>1</sub>(&#x003C9;) &#x0003D; <italic>f</italic><sub>2</sub>(&#x003C9;) curve and the red <italic>f</italic><sub><italic>d</italic></sub>(&#x003C9;) curve for &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 7 in Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6B</xref>. It is seen that <italic>f</italic><sub>1</sub>(&#x003C9;) &#x0003D; <italic>f</italic><sub>2</sub>(&#x003C9;) &#x0003E; 0 for &#x003C9; &#x0003E; 0 and the larger &#x003C4;<sub>3</sub> value makes the second hump of the <italic>f</italic><sub><italic>d</italic></sub>(&#x003C9;) curve high enough to cross over the horizontal line. As a result, the red curve intersects the horizontal line four times at
<disp-formula id="E63"><mml:math id="M109"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>0.104</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>0.562</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>1.059</mml:mn><mml:mtext>&#x02009;and&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mtext>4</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mtext>1</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>256</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p><bold>&#x003C4;<sub>3</sub>-effects on switching curves: (A) Stability switching curves; (B) Triangle conditions</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-02-00015-g0006.tif"/>
</fig>
<p>In consequence, the triangle conditions (5) hold in the two intervals, [&#x003C9;<sub>1</sub>, &#x003C9;<sub>2</sub>] and [&#x003C9;<sub>3</sub>, &#x003C9;<sub>4</sub>]. It is verified that the switching curve defined on [&#x003C9;<sub>1</sub>, &#x003C9;<sub>2</sub>] is downward-sloping and the one on [&#x003C9;<sub>3</sub>, &#x003C9;<sub>4</sub>] forms an island shape. Both curves are colored in black. The existence of the smaller red islands indicates that the <italic>f</italic><sub><italic>d</italic></sub>(&#x003C9;) curve also intersects the horizontal axis four times even when &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 6. A critical value of &#x003C4;<sub>3</sub> for the birth of the island is somewhere between &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 5 and &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 6, for which the maximum of the second hump of <italic>f</italic><sub><italic>d</italic></sub>(&#x003C9;) becomes zero.</p>
<p>Proposition 5. <italic>As far as</italic> &#x003C4;<sub>3</sub> <italic>is relatively small, increasing the value of</italic> &#x003C4;<sub>3</sub> <italic>stabilizes the steady state by shifting the downward-sloping switching curve upward whereas for a relatively larger value, increasing value of</italic> &#x003C4;<sub>3</sub> <italic>additionally generates an island-shaped switching curve within which the steady state is unstable</italic>.</p>
<p>To see the &#x003C4;<sub>3</sub>-effect on dynamics, we perform two simulations. In the first simulation, we increase the value of &#x003C4;<sub>1</sub> along the horizontal line at <inline-formula><mml:math id="M196"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>356</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This line successively crosses the stability switching curves, the blue curve at <inline-formula><mml:math id="M197"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>972</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> the red curve at <inline-formula><mml:math id="M198"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>372</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the black curve at <inline-formula><mml:math id="M199"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Although, these bifurcating values are denoted as black dots, they are not labeled in Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6A</xref> to avoid confusion. The corresponding bifurcation diagrams are illustrated in Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7A</xref> in which the black curve is depicted first, the red curve is then put on it and finally the blue curve is further placed upon. Each diagram has a qualitatively similar shape as the one shown in Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4B</xref>, that is, the steady state loses stability at the bifurcation value and a limit cycle emerges for a larger value of &#x003C4;<sub>1</sub>. Thus larger &#x003C4;<sub>3</sub> value does not alter qualitative aspects of the &#x003C4;<sub>1</sub>-effect, however, does affect its quantitative aspects because the bifurcation value of &#x003C4;<sub>1</sub> becomes larger as &#x003C4;<sub>3</sub> increases. Increasing value of &#x003C4;<sub>3</sub> enhances the stabilizing &#x003C4;<sub>1</sub>-effect by delaying the loss of stability.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p><bold>Delay effects on dynamics: (A) &#x003C4;<sub>1</sub>-effect; (B) &#x003C4;<sub>2</sub>-effect</bold>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-02-00015-g0007.tif"/>
</fig>
<p>In the second simulation, we shift the emphasis away from the &#x003C4;<sub>1</sub>-effect to the &#x003C4;<sub>2</sub>-effect. Fixing &#x003C4;<sub>3</sub> &#x0003D; 7 and starting at point (2, 2) on the diagonal, we increase the value of &#x003C4;<sub>2</sub> from 2 to 7 along the vertical real line at <inline-formula><mml:math id="M200"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6A</xref>. The line crosses the lower black island-shaped curve at <inline-formula><mml:math id="M201"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>563</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the black downward sloping curve at <inline-formula><mml:math id="M202"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>356</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and then upper black circle-shaped curve at <inline-formula><mml:math id="M203"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>283</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. These threshold values are not labelled in Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6A</xref> by the same reason as before. The simulation results are given in Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7B</xref> in which stability gain and loss occur in the following way:</p>
<list list-type="roman-lower">
<list-item><p>we initially have a unstable steady state (in other words, a stable limit cycle) when the initial point is selected on the diagonal in Figure <xref ref-type="fig" rid="F6">6A</xref><xref ref-type="fn" rid="fn0011"><sup>11</sup></xref>, that is inside the half black circle. The real part of one eigenvalue is positive.</p></list-item>
<list-item><p>the limit cycle becomes smaller as &#x003C4;<sub>2</sub> increases from 2 to <inline-formula><mml:math id="M204"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and merges with the steady state for <inline-formula><mml:math id="M205"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> at which instability is switched to stability. The positive real part turns to be negative when the delay &#x003C4;<sub>2</sub> crosses the imaginary axis from left to right.</p></list-item>
<list-item><p>for <inline-formula><mml:math id="M206"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> the model has a stable steady state and stability loss occurs for <inline-formula><mml:math id="M207"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The real parts of at least one eigenvalue turn to be positive again when the delay &#x003C4;<sub>2</sub> crosses the imaginary axis.</p></list-item>
<list-item><p>for <inline-formula><mml:math id="M208"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> Figure <xref ref-type="fig" rid="F7">7B</xref> suggests the existence of stable limit cycles and the instability of the steady state. Although further increasing &#x003C4;<sub>2</sub> intersects the island switching curve at point <inline-formula><mml:math id="M209"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at which the real part of another eigenvalue changes sign. However no stability switch occurs, since there is already at least one other eigenvalue with positive real part.</p></list-item>
</list>
<p>Proposition 6. <italic>Increasing the value of</italic> &#x003C4;<sub>3</sub> <italic>does not affect essentially dynamics with respect to</italic> &#x003C4;<sub>1</sub> <italic>and can affect the dynamics with respect to</italic> &#x003C4;<sub>2</sub> <italic>as it can generate multiple stability switching</italic>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4. Concluding remarks</title>
<p>This paper constructs a heterogeneous agent model with three fixed delays and considers its dynamic behavior both analytically and numerically. The dependence of the delay effects on the changes in the lengths of the delays is also studied. The common result is that a longer delay can destabilize the market and can give rise to cyclic oscillations around the equilibrium (i.e., fundamental) price. This result clarifies the instability condition and thus complements the numerical study of Dibeh [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. In addition, it is found that under multiple delays, stability loss and gain repeatedly occur as the length of a delay increases. He and Zheng [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] observed this phenomenon in a financial market model with continuously distributed time delay with finite memory length that involved infinitely many past price observations and called it the double edge effect. Our model is based on one, two or three past observations. It is thus shown in this paper that the same effect can occur even under finite delay information. In our future research the model of this paper will be extended to involve two risky assets and the stability and instability of the equilibrium will be examined in the extended models.</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>Author contributions</title>
<p>AM: Performs simulations; FS: Constructs the model.</p>
<sec>
<title>Conflict of interest statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<ack><p>The authors thank two referees for very helpful comments and highly appreciate the finanical supports from the MEXT-Supported Program for the Strategic Research Foundation at Private Universities 2013-2017, the Japan Society for the Promotion of Science (Grant-in-Aid for Scientific Research (C), 25380238, 26380316 and 16k03556) and Chuo University (Joint Research Grant). The usual disclaimers apply.</p>
</ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hommes</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Heterogeneous agent models in economics and finance</article-title>. In: <person-group person-group-type="editor"><name><surname>Tesfatsion</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Judd</surname> <given-names>KL</given-names></name></person-group> editors. <source>Handbook of Computational Economics, Agent-based Computational Economics, II</source>. <publisher-loc>North-Holland</publisher-loc>: <publisher-name>Amsterdam</publisher-name> (<year>2006</year>). p. <fpage>1109</fpage>&#x02013;<lpage>86</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chiarella</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>He</surname> <given-names>XZ</given-names></name> <name><surname>Hommes</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>A dynamic analysis of moving average rules</article-title>. <source>J Econ Dyn Control</source> (<year>2006</year>) <volume>30</volume>:<fpage>1729</fpage>&#x02013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jedc.2005.08.014</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zeeman</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>On the unstable behavior of stock exchanges</article-title>. <source>J Math Econ.</source> (<year>1974</year>) <volume>1</volume>:<fpage>39</fpage>&#x02013;<lpage>49</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Beja</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Goldman</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>On the dynamic behavior of prices in disequilibrium</article-title>. <source>J Finance</source> (<year>1980</year>) <volume>35</volume>:<fpage>235</fpage>&#x02013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2307/2327380</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chiarella</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>The dynamics of speculative behavior</article-title>. <source>Ann Oper Res.</source> (<year>1992</year>) <volume>37</volume>:<fpage>101</fpage>&#x02013;<lpage>23</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>He</surname> <given-names>XZ</given-names></name> <name><surname>Zheng</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamics of moving average rules in a continuous-time financial market model</article-title>. <source>J Econ Behav Organ.</source> (<year>2010</year>) <volume>76</volume>:<fpage>615</fpage>&#x02013;<lpage>34</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jebo.2010.08.005</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>He</surname> <given-names>XZ</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>Heterogeneous beliefs and adaptive behavior in a continuous-time asset price model</article-title>. <source>J Econ Dyn Control</source> (<year>2012</year>) <volume>36</volume>:<fpage>973</fpage>&#x02013;<lpage>87</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jedc.2012.02.002</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xu</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Guo</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>Z</given-names></name></person-group>. <article-title>Oscillatory dynamics in a continuous-time delay asset price model with dynamical fundamental price</article-title>. <source>Comput Econ.</source> (<year>2015</year>) <volume>45</volume>:<fpage>517</fpage>&#x02013;<lpage>29</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10614-014-9428-9</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dibeh</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Speculative dynamics in a time-delay model of asset prices</article-title>. <source>Physica A</source> (<year>2005</year>) <volume>355</volume>:<fpage>199</fpage>&#x02013;<lpage>208</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2005.02.084</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Qu</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Wei</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Global hopf bifurcation analysis for a time-delayed model of asset prices</article-title>. <source>Discrete Dyn Nat Soc.</source> (<year>2010</year>) <volume>2010</volume>:432821. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2010/432821</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Matsumoto</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Szidarovszky</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <source>Heterogeneous Agent Model of Asset Price with Time Delays</source>. IERCU Discussion Paper &#x00023;247, Institute of Economic Research, Chuo University (<year>2015</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Almodaresi</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Bozorg</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Stability crossing surfaces for linear time-delay systems with three delays</article-title>. <source>Int J Control</source> (<year>2009</year>). <volume>82</volume>:<fpage>2304</fpage>&#x02013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00207170903037739</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gu</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Naghnaeian</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> <article-title>On stability crossing set for systems with three delays</article-title>. <source>IEEE Trans Automat Contr.</source> (<year>2011</year>) <volume>56</volume>:<fpage>11</fpage>&#x02013;<lpage>26</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAC.2010.2050162</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gu</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Niculescu</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>On stability crossing curves for general systems with two delays</article-title>. <source>J Math Anal Appl.</source> (<year>2005</year>) <volume>311</volume>:<fpage>231</fpage>&#x02013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmaa.2005.02.034</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list>
<fn-group>
<fn id="fn0001"><p><sup>1</sup><italic>m</italic> &#x0003D; 0.4 is assumed and we will refer to this line later.</p></fn>
<fn id="fn0002"><p><sup>2</sup>It is possible to have a switching surface in the 3D space. See Almodaresi and Bozorg [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] and Gu and Naghnaeian [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>].</p></fn>
<fn id="fn0003"><p><sup>3</sup>Solving the second equation of Equation (10) for &#x003C4;<sub>3</sub> gives the same result in a different form.</p></fn>
<fn id="fn0004"><p><sup>4</sup>The remaining cases will be examined in a subsequent paper.</p></fn>
<fn id="fn0005"><p><sup>5</sup>The segment <italic>L</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>k, n</italic>) shifts upward if <italic>n</italic> increases and rightward if <italic>k</italic> increases. For (<italic>k, n</italic>)/2 and (<italic>k, n</italic>) &#x0003D; 0, the switching segments are defined but located ouside of the region with &#x003C4;<sub><italic>i</italic></sub> &#x02264; 5 for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, so they are not depicted in Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4A</xref>.</p></fn>
<fn id="fn0006"><p><sup>6</sup>The &#x003C4;<sub>1</sub>-value of the intersection is obtained in the following way: first solving <inline-formula><mml:math id="M210"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula> for &#x003C9; yields a solution &#x003C9;<sub><italic>m</italic></sub> &#x02243; 0.560 and then substituting it into <inline-formula><mml:math id="M211"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> gives <inline-formula><mml:math id="M212"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>887</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> So the black segment depicted in the yellow region is defined for &#x003C9; &#x02208; [&#x003C9;<sub><italic>m</italic></sub>, &#x003C9;<sub>2</sub>].</p></fn>
<fn id="fn0007"><p><sup>7</sup>It is possible to obtain this value by following the same procedure with which we obtained the value of <inline-formula><mml:math id="M213"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> just above.</p></fn>
<fn id="fn0008"><p><sup>8</sup>Mathematically, it might be possible to regain stability for &#x003C4;<sub>1</sub> &#x0003E; 4. However, economically it is not the case as &#x003C4;<sub>1</sub> &#x02264; &#x003C4;<sub>2</sub> &#x02264; 5 is imposed by Assumptions 1 and 3.</p></fn>
<fn id="fn0009"><p><sup>9</sup>This is not the case of the non-monotonics curve with &#x003B1;<sub>1</sub> &#x0003D; 9/15.</p></fn>
<fn id="fn0010"><p><sup>10</sup>&#x0201C;<inline-formula><mml:math id="M214"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>&#x0201D; is not labeled in Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4A</xref> to avoid figure congestion.</p></fn>
<fn id="fn0011"><p><sup>11</sup>More precisely, we select a constant initial function, <italic>g</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003D; 2 for <italic>t</italic> &#x02264; 0.</p></fn>
</fn-group>
</back>
</article>