<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xml:lang="EN" 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.2023.1122330</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>Dynamics analysis of a predator&#x02013;prey fractional-order model incorporating predator cannibalism and refuge</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Rayungsari</surname> <given-names>Maya</given-names></name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn002"><sup>&#x02020;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2076684/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Suryanto</surname> <given-names>Agus</given-names></name>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2162484/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Kusumawinahyu</surname> <given-names>Wuryansari Muharini</given-names></name>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2229749/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Darti</surname> <given-names>Isnani</given-names></name>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2225524/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff><institution>Department of Mathematics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, University of Brawijaya</institution>, <addr-line>Malang</addr-line>, <country>Indonesia</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Salih Djilali, University of Chlef, Algeria</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Yubin Yan, University of Chester, United Kingdom; Soufiane Bentout, Centre Universitaire Ain Temouchent, Algeria</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Maya Rayungsari <email>maya.rayungsari&#x00040;gmail.com</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>This article was submitted to Mathematical Biology, a section of the journal Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</p></fn>
<fn fn-type="present-address" id="fn002"><p>&#x02020;Present address: Maya Rayungsari, Department of Mathematics Education, Faculty of Pedagogy and Psychology, PGRI Wiranegara University, Pasuruan, Indonesia</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>16</day>
<month>03</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>1122330</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>12</day>
<month>12</month>
<year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>14</day>
<month>02</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2023 Rayungsari, Suryanto, Kusumawinahyu and Darti.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Rayungsari, Suryanto, Kusumawinahyu and Darti</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) and the copyright owner(s) 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>In this article, we consider a predator&#x02013;prey interaction incorporating cannibalism, refuge, and memory effect. To involve the memory effect, we apply Caputo fractional-order derivative operator. We verify the non-negativity, existence, uniqueness, and boundedness of the model solution. We then analyze the local and global stability of the equilibrium points. We also investigate the existence of Hopf bifurcation. The model has four equilibrium points, i.e., the origin point, prey extinction point, predator extinction point, and coexistence point. The origin point is always unstable, while the other equilibrium points are conditionally locally asymptotically stable. The stability of the coexistence point depends on the order of the Caputo derivative, &#x003B1;. The prey extinction point, predator extinction point, and coexistence point are conditionally globally and asymptotically stable. There exists Hopf bifurcation of coexistence point with parameter &#x003B1;. The analytic results of stability properties and Hopf bifurcations are confirmed by numerical simulations.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>predator-prey system</kwd>
<kwd>cannibalism</kwd>
<kwd>refuge</kwd>
<kwd>Caputo fractional-order derivative</kwd>
<kwd>local and global stability analyzes</kwd>
<kwd>Hopf bifurcation (critical) value</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="6"/>
<table-count count="2"/>
<equation-count count="44"/>
<ref-count count="42"/>
<page-count count="12"/>
<word-count count="5417"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>Predator&#x02013;prey interaction, as the basis of the food chain, is among the most essential ecological issues. In numerous published research, mathematical models have been developed to explain the dynamics of Predator&#x02013;prey interaction, such as by incorporating social behavior [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], age structure [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], ratio-dependent functional response [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], harvesting [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>], and so on. The Predator&#x02013;prey model is still being developed by considering many factors that occur in nature. Cannibalism, the consuming of the same species in whole or in part, is one of its most intriguing aspects since many animals in nature exhibit cannibalistic behaviors, such as carnivore mammals [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], fish [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], and spiders [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. Cannibalism may provide adaptive advantages such as exploiting conspecifics as a food source or eliminating possible competitors [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>].</p>
<p>Some researchers have investigated the mathematical model involving cannibalism [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. Kang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>] studied a single-species cannibalism model with stage structure. The model studied is a dynamic system of one population such an age structure that divides the population into two classes, i.e., eggs and an adult class consisting of larvae, pupae, queen insects, worker insects, and other types. Zhang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>] analyzed predator&#x02013;prey models with cannibalism and stage structure in predators so that the model studied was a three-dimensional dynamical model. In Zhang&#x00027;s model, the predator population is divided into two subpopulations, i.e., juvenile and adult predators. The birth rate of juvenile predators is assumed to be proportional to the number of adult predators and follows the Malthus growth model. Predation of prey and juvenile predators by adult predators follows the type-I Holling functional response. Meanwhile, Deng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] studied a two-dimensional predator&#x02013;prey model with predator cannibalism.</p>
<p>Aside from cannibalism, another interesting Predator&#x02013;prey phenomenon to investigate is prey hiding behavior from predator captures and attacks. This is known as refuge behavior in the context of ecology. The mathematical model of Predator&#x02013;prey interaction with prey refuge has also piqued the interest of researchers [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. Rayungsari et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] modified model proposed by Deng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] by adding the assumption that there is a refuge in the cannibalized predator population, as much as <italic>mP</italic>. Moreover, it is also assumed that predators need time to catch and handle the prey, so that the rate of prey predation follows the Holling type-II functional response. The Predator&#x02013;prey model incorporating predator cannibalism and refuge proposed by Rayungsari et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] is as follows:</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>N</italic> &#x02265; 0 and <italic>P</italic> &#x02265; 0 represent prey density and predator density, respectively. The parameters of system (Equation 1) are positive constants described in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>. Predator cannibalism is represented by the last term of the second equation in system (Equation 1). The model can be interpreted as follows: In the absence of predator, prey grows logistically with the intrinsic growth rate <italic>r</italic> and the environmental carrying capacity <italic>K</italic>. With the presence of the predator, the prey population density decreases by <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, where <italic>b</italic><sub>1</sub> is the maximum predation rate and <italic>k</italic><sub>1</sub> is the half-saturation constant. The predation rate follows Holling type-II functional response with the assumption that predators need time to catch and handle the prey. With the prey predation by predator, the predator population density increases by <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, where <italic>c</italic><sub>1</sub> is the conversion rate of predation of prey into predator births and <italic>c</italic><sub>1</sub> &#x02264; <italic>b</italic><sub>1</sub>. Predators die naturally with the death rate <italic>e</italic>. The term <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> depicts the decrease in predator population density caused by cannibalism with saturated a cannibalism rate, which follows Holling type-II functional response,</p>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M5"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Description of parameters.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:&#x00023;919498;color:&#x00023;ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Parameter</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Description</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>r</italic></td>
<td valign="top" align="left">Intrinsic growth rate of prey</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>K</italic></td>
<td valign="top" align="left">Environmental carrying capacity for prey</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>b</italic><sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="left">Maximum prey predation rate</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic><sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="left">Half-saturation constant of predation</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>c</italic><sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="left">Conversion rate of prey biomass into predator birth</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>c</italic><sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">Conversion rate of cannibalism into predator birth</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>e</italic></td>
<td valign="top" align="left">Predator natural death rate</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>b</italic><sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">Maximum predator cannibalism rate</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>m</italic></td>
<td valign="top" align="left">Coefficient of refuge</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic><sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">Half-saturation constant of predator cannibalism</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The value of Equation (2) monotonically increases with the supremum <italic>b</italic><sub>2</sub>. (1 &#x02212; <italic>m</italic>)<italic>P</italic> is the amount of the available predator to be cannibalized, as <italic>m</italic> is the coefficient of refuge. The conversion rate of cannibalism into predator birth (<italic>c</italic><sub>2</sub>) is assumed to be less than the maximum predator cannibalism rate (<italic>b</italic><sub>2</sub>).</p>
<p>The model proposed by Rayungsari et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] was constructed in a system of nonlinear differential equations with the first-order derivative, where the change of population density at any time depends on the current population density instantaneously. Whereas in reality, the current condition is also affected by the history of all previous conditions, which is called the memory effect [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. The phenomenon or systems that have memory and genetic characteristics can be described by a fractional differential system [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. The definition of fractional-order derivative was first introduced by Liouville [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] motivated by L&#x00027;H&#x000F4;pital and Leibniz&#x00027;s critical thinking on derivatives of order <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Liouville&#x00027;s definition was modified by Riemann by applying a direct generalization of the Cauchy formula and named Riemann&#x02013;Liouville fractional derivative operator [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. The fractional-order derivative concept by Liouville and Riemann utilizes Euler&#x00027;s study of fractional integration, which led him to construct the Gamma function as generalization of the factorial concept for fractional numbers [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]. In 1967, Michele Caputo modified the Riemann&#x02013;Liouville operator so that when solving differential equations, no initial conditions are required. The definition of the modified operator is named by Caputo fractional-order derivative operator. Predator&#x02013;prey models using Caputo-type fractional derivatives have been widely studied recently [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>]. Hence, in this article, we modify and analyze the Predator&#x02013;prey model incorporating predator cannibalism and refuge in Rayungsari et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] by applying the Caputo fractional-order derivative operator.</p>
<p>This article is organized as follows. In Section 2, model development and basic properties are described. The basic properties consist of verification of the non-negativity, existence, uniqueness, and boundedness of solutions of the model. In Section 3, the results of dynamical analysis are presented. The results consist of the existence and stability of equilibrium points. Both local and global stability are investigated, while the analyzed bifurcation is the Hopf bifurcation. In Section 4, the numerical simulations and intrepretations are carried out to confirm the analytical results. Finally, in Section 5, we draw some concluding remarks.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Model development and basic properties</title>
<p>By applying the Caputo fractional-order derivative operator to the left-hand side of system (Equation 1), the model becomes</p>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with &#x003B1; &#x02208; &#x0211D;, 0 &#x0003C; &#x003B1; &#x02264; 1, and <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the &#x003B1;-order of Caputo fractional derivative operator defined by <inline-formula><mml:math id="M9"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Since the variables in the system (Equation 3) represent the population densities, the solution of the system must be non-negative. The solution of system (Equation 3) is guaranteed to be non-negative by the following theorem.</p>
<p>THEOREM 1. All solutions of Equation (3) are non-negative for any initial values <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. Since <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> if <italic>N</italic>(0) &#x0003D; 0. <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> means there is no change of prey population density. Consequently, <italic>N</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003D; 0, &#x02200;<italic>t</italic> &#x0003E; 0. Then, we prove that if <italic>N</italic>(0) &#x0003E; 0 then <italic>N</italic>(<italic>t</italic>) &#x02265; 0 for every <italic>t</italic> &#x0003E; 0. Suppose that the statement is wrong, so there is <italic>t</italic><sup>&#x0002A;</sup> &#x0003E; 0 such as</p>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M14"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>From Equations (3), (4), we get that <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> Thus, there is no change in the population density of <italic>N</italic> when <italic>t</italic> &#x0003D; <italic>t</italic><sup>&#x0002A;</sup>. From the prior statement, <italic>N</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003D; 0, <italic>t</italic> &#x0003D; <italic>t</italic><sup>&#x0002A;</sup>, so that <italic>N</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003D; 0, <italic>t</italic> &#x0003E; <italic>t</italic><sup>&#x0002A;</sup>. This contradicts the statement that <italic>N</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003C; 0 for <italic>t</italic> &#x0003E; <italic>t</italic><sup>&#x0002A;</sup>. Therefore, <italic>N</italic>(<italic>t</italic>) &#x02265; 0 for all <italic>t</italic> &#x0003E; 0 is correct. In the same way, it can be proved that <italic>P</italic>(<italic>t</italic>) &#x02265; 0 for every <italic>t</italic> &#x0003E; 0.</p>
<p>Next, we show the existence and uniqueness of solution of the system (Equation 3) using Theorem 3.7 in Li et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>]. Consider a region [0, &#x0221E;) &#x000D7; &#x003A9;, where <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then, we denote a mapping <italic>F</italic>(<italic>X</italic>) &#x0003D; (<italic>F</italic><sub>1</sub>(<italic>X</italic>), <italic>F</italic><sub>2</sub>(<italic>X</italic>)), where</p>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>For all <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:math></inline-formula>,</p>
<disp-formula id="E6"><mml:math id="M19"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</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:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><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:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since in the following discussion, it can be proved that the system solution (Equation 3) is bounded in &#x003A9;, there is a positive constant <italic>M</italic> &#x0003D; max{<italic>N, P</italic>}, &#x02200;<italic>t</italic> &#x02265; 0. Hence, we have</p>
<disp-formula id="E7"><mml:math id="M20"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><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:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E8"><mml:math id="M21"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><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:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By choosing a positive constant <italic>L</italic> &#x0003D; max {<italic>L</italic><sub>1</sub>, <italic>L</italic><sub>2</sub>}, we get</p>
<disp-formula id="E9"><label>(6)</label><mml:math id="M22"><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Based on Equation (6), the function <italic>F</italic>(<italic>X</italic>) satisfies the Lipschitz condition so that there exist a unique solution <italic>X</italic>(<italic>t</italic>) of the system (Equation 3) with any initial value of <italic>X</italic>(0) &#x0003D; (<italic>N</italic>(0), <italic>P</italic>(0)). Thus, we derive the following theorem.</p>
<p>THEOREM 2. For the system (Equation 3) with any non-negative initial condition (<italic>N</italic>(0), <italic>P</italic>(0)) &#x02208; &#x003A9;, there exist a unique solution <italic>X</italic>(<italic>t</italic>) &#x02208; &#x003A9;.</p>
<p>Next, due to the limited carrying capacity of the prey and predator resources, the size of both populations in the system (Equation 3) must be limited. Consider a function defined by</p>
<disp-formula id="E10"><mml:math id="M23"><mml:mi>V</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>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><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:math></disp-formula>
<p>The Caputo derivative &#x003B1;-order of <italic>V</italic> satisfies,</p>
<disp-formula id="E11"><mml:math id="M24"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></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;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac></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;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>For any positive constant &#x003C6;,</p>
<disp-formula id="E12"><mml:math id="M25"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>If <italic>c</italic><sub>2</sub> &#x0003C; <italic>e</italic> and by choosing 0 &#x0003C; &#x003C6; &#x0003C; <italic>e</italic> &#x02212; <italic>c</italic><sub>2</sub>, we get</p>
<disp-formula id="E13"><label>(7)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></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:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Based on Equation (7), Generalized Mean Value Theorem in Odibat and Shawagfeh [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>], and Lemma 6.1 (Fractional Comparison Principle) in Li et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>], we get that,</p>
<disp-formula id="E14"><label>(8)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><inline-formula><mml:math id="M28"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, so that,</p>
<disp-formula id="E15"><mml:math id="M29"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Hence, we establish the following theorem.</p>
<p>THEOREM 3. All solutions of Equation (2) with initial values <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are uniformly bounded</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Dynamical analysis</title>
<sec>
<title>3.1. Existence of equilibrium points</title>
<p>In the similar way as in Rayungsari et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>], the system (Equation 3) has four equilibrium points, namely <italic>E</italic><sub>0</sub> &#x0003D; (0, 0), <italic>E</italic><sub>1</sub> &#x0003D; (0, <italic>P</italic><sub>1</sub>), <italic>E</italic><sub>2</sub> &#x0003D; (<italic>K</italic>, 0), and <italic>E</italic><sub>3</sub> &#x0003D; (<italic>N</italic><sub>3</sub>, <italic>P</italic><sub>3</sub>), where <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. If <italic>b</italic><sub>2</sub> &#x0002B; <italic>e</italic> &#x02260; <italic>c</italic><sub>1</sub> &#x0002B; <italic>c</italic><sub>2</sub>, then <italic>N</italic><sub>3</sub> and <italic>P</italic><sub>3</sub> in <italic>E</italic><sub>3</sub> is obtained from the solution of a cubic equation using the Cardano&#x00027;s formula [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>], i.e.,</p>
<disp-formula id="E16"><label>(9)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mroot><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>27</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mroot></mml:mrow><mml:mrow><mml:mroot><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mroot></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mroot><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mroot></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mroot><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>27</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mroot></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</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>with</p>
<disp-formula id="E17"><mml:math id="M33"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>27</mml:mn><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>27</mml:mn><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><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>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><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:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><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:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><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>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</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:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Whereas, if <italic>b</italic><sub>2</sub> &#x0002B; <italic>e</italic> &#x0003D; <italic>c</italic><sub>1</sub> &#x0002B; <italic>c</italic><sub>2</sub>, we have the value of <italic>N</italic><sub>3</sub> and <italic>P</italic><sub>3</sub> as follows:</p>
<disp-formula id="E18"><mml:math id="M34"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E19"><mml:math id="M35"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><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>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><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:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><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:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Two of the equilibrium points need existence conditions. <italic>E</italic><sub>1</sub> exists in <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> if 0 &#x0003C; <italic>c</italic><sub>2</sub> &#x02212; <italic>e</italic> &#x0003C; <italic>b</italic><sub>2</sub>. The coexistence point <italic>E</italic><sub>3</sub> exists in <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>27</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and 0 &#x0003C; <italic>N</italic><sub>3</sub> &#x0003C; <italic>K</italic> for <italic>b</italic><sub>2</sub> &#x0002B; <italic>e</italic> &#x02260; <italic>c</italic><sub>1</sub> &#x0002B; <italic>c</italic><sub>2</sub>. Meanwhile, for <italic>b</italic><sub>2</sub> &#x0002B; <italic>e</italic> &#x0003D; <italic>c</italic><sub>1</sub> &#x0002B; <italic>c</italic><sub>2</sub>, <italic>E</italic><sub>3</sub> exists in <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> if <italic>R</italic><sup>2</sup> &#x02212; 4<italic>QS</italic> &#x02265; 0 and 0 &#x0003C; <italic>N</italic><sub>3</sub> &#x0003C; <italic>K</italic>.</p>
</sec>
<sec>
<title>3.2. Local stability</title>
<p>Local stability of the equilibrium points of Equation (3) are determined by the arguments of the eigenvalues of Jacobian matrix and applying Matignon Local Stability Theorem in Petras [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>]. Suppose that <italic>E</italic><sup>&#x0002A;</sup> is an equilibrium point of system (Equation 3). Based on Matignon Local Stability Theorem, <italic>E</italic><sup>&#x0002A;</sup> is local asymptotically stable if all of the eigenvalues &#x003BB;<sub><italic>j</italic></sub> of the Jacobian matrix,</p>
<disp-formula id="E20"><label>(10)</label><mml:math id="M40"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>that satisfies <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>THEOREM 4. The origin point <italic>E</italic><sub>0</sub>(0, 0) is always unstable.</p>
<p><italic>Proof</italic>. The Jacobian matrix for <italic>E</italic><sub>0</sub> &#x0003D; (0, 0) is</p>
<disp-formula id="E21"><label>(11)</label><mml:math id="M42"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>r</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>so the eigenvalues are &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; <italic>r</italic> and &#x003BB;<sub>2</sub> &#x0003D; <italic>c</italic><sub>2</sub> &#x02212; <italic>e</italic>. The argument of the first eigenvalue is <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. If <italic>c</italic><sub>2</sub> &#x0003E; <italic>e</italic> then <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> (<italic>E</italic><sub>0</sub> is an unstable source), while if <italic>c</italic><sub>2</sub> &#x0003E; <italic>e</italic> then <inline-formula><mml:math id="M45"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> (<italic>E</italic><sub>0</sub> is an unstable saddle node).</p>
<p>THEOREM 5. Prey extinction point <italic>E</italic><sub>1</sub> (0, <italic>P</italic><sub>1</sub>) is local asymptotically stable if <inline-formula><mml:math id="M46"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and unstable saddle node if <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. By substituting <italic>E</italic><sub>1</sub> &#x0003D; (0, <italic>P</italic><sub>1</sub>) to Equation (10), we get the Jacobian matrix for <italic>E</italic><sub>1</sub>,</p>
<disp-formula id="E22"><label>(12)</label><mml:math id="M48"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>The eigenvalues are <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Based on the existence condition of <italic>E</italic><sub>1</sub>, then &#x003BB;<sub>2</sub> is the negative real number and <inline-formula><mml:math id="M51"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Hence, the local stability of <italic>E</italic><sub>1</sub> depends on &#x003BB;<sub>1</sub>. If <inline-formula><mml:math id="M52"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003C; 0, and <inline-formula><mml:math id="M53"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> so that <italic>E</italic><sub>1</sub> is local asymptotically stable. Otherwise, if <inline-formula><mml:math id="M54"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> then &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003E; 0, <inline-formula><mml:math id="M55"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, and <italic>E</italic><sub>1</sub> is an unstable saddle node.</p>
<p>THEOREM 6. The predator extinction point <italic>E</italic><sub>2</sub>(<italic>K</italic>, 0) is local asymptotically stable if <inline-formula><mml:math id="M56"><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and unstable saddle node if <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. With the same way, we get the Jacobian matrix for <italic>E</italic><sub>2</sub> as follows:</p>
<disp-formula id="E23"><label>(13)</label><mml:math id="M58"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>The eigenvalues are &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x02212;<italic>r</italic> and <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:math></inline-formula>. It is clear that <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. <italic>E</italic><sub>2</sub> is local asymptotically stable if <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, i.e., for <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. If <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, and <italic>E</italic><sub>2</sub> is an unstable saddle node.</p>
<p>For existence point <italic>E</italic><sub>3</sub>(<italic>N</italic><sub>3</sub>, <italic>P</italic><sub>3</sub>), the Jacobian matrix is as follows:</p>
<disp-formula id="E24"><label>(14)</label><mml:math id="M65"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E25"><label>(15)</label><mml:math id="M66"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>r</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:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</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:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</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:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Thus, the eigenvalues are obtained from the following quadratic equation.</p>
<disp-formula id="E26"><label>(16)</label><mml:math id="M67"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E27"><label>(17)</label><mml:math id="M68"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</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:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</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:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E28"><label>(18)</label><mml:math id="M69"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>r</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:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</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:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</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:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Suppose that</p>
<disp-formula id="E29"><label>(19)</label><mml:math id="M70"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</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:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</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:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>then</p>
<disp-formula id="E30"><label>(20)</label><mml:math id="M71"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Suppose that <italic>d</italic> is the discriminant of Equation (16), i.e.,</p>
<disp-formula id="E31"><label>(21)</label><mml:math id="M72"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;det</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>The cases are divided into two parts, those are for <italic>d</italic> &#x02265; 0 and for <italic>d</italic> &#x0003C; 0.</p>
<list list-type="order">
<list-item><p>Case 1 (<italic>d</italic> &#x02265; 0)</p>
<p>For this case, if <italic>k</italic><sub>1</sub> &#x0003E; <italic>K</italic> &#x02212; 2<italic>N</italic><sub>3</sub>, we have det(<italic>J</italic>) &#x0003E; 0 and <italic>trace</italic>(<italic>J</italic>) &#x0003C; 0. Therefore, the eigenvalues (solutions of Equation 16) are real and negative. Consequently, <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> for <italic>j</italic> &#x0003D; 1, 2 and <italic>E</italic><sub>3</sub> is local asymptotically stable.</p></list-item>
<list-item><p>Case 2 (<italic>d</italic> &#x0003C; 0)</p>
<p>In case (<italic>d</italic> &#x0003C; 0), the eigenvalues are complex number with non-zero imaginary part <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Suppose that
<list list-type="alpha-lower">
<list-item><p>If <italic>k</italic><sub>1</sub> &#x0003E; <italic>K</italic> &#x02212; 2<italic>N</italic><sub>3</sub> &#x02212; <italic>aK</italic>, then <italic>trace</italic>(<italic>J</italic>) &#x0003C; 0 so that <italic>Re</italic>(&#x003BB;) &#x0003C; 0 and <italic>E</italic><sub>3</sub> is local asymptotically stable since <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
<list-item><p>If <italic>k</italic><sub>1</sub> &#x0003C; <italic>K</italic> &#x02212; 2<italic>N</italic><sub>3</sub> &#x02212; <italic>aK</italic>, then <italic>trace</italic>(<italic>J</italic>) &#x0003E; 0 so that <italic>Re</italic>(&#x003BB;) &#x0003E; 0 and <italic>E</italic><sub>3</sub> is local asymptotically stable if <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
</list></p></list-item>
</list>
<p>Hence, we establish the following theorem.</p>
<p>THEOREM 7. Suppose that <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;det</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <italic>trace</italic>(<italic>J</italic>(<italic>E</italic><sub>3</sub>)) and det(<italic>J</italic>(<italic>E</italic><sub>3</sub>)) are the trace and determinant of matrix <italic>J</italic>(<italic>E</italic><sub>3</sub>) in Equation (14). <italic>E</italic><sub>3</sub> &#x0003D; (<italic>N</italic><sub>3</sub>, <italic>P</italic><sub>3</sub>) is locally asymptotically stable if one of the following conditions are satisfied.</p>
<list list-type="order">
<list-item><p><italic>d</italic> &#x02265; 0 and <italic>k</italic><sub>1</sub> &#x0003E; <italic>K</italic> &#x02212; 2<italic>N</italic><sub>3</sub>,</p></list-item>
<list-item><p><italic>d</italic> &#x0003C; 0 and <italic>k</italic><sub>1</sub> &#x0003E; <italic>K</italic> &#x02212; 2<italic>N</italic><sub>3</sub> &#x02212; <italic>aK</italic>,</p></list-item>
<list-item><p><italic>d</italic> &#x0003C; 0, <italic>k</italic><sub>1</sub> &#x0003C; <italic>K</italic> &#x02212; 2<italic>N</italic><sub>3</sub> &#x02212; <italic>aK</italic>, and <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>,</p></list-item>
</list>
<p>with <italic>a</italic> is as in Equation (19).</p>
</sec>
<sec>
<title>3.3. Global stability</title>
<p>Next, we investigate the global stability of <italic>E</italic><sub>1</sub>, <italic>E</italic><sub>2</sub>, and <italic>E</italic><sub>3</sub>. For this aim, we use the help of Lemma 3.1 in Vargas-De-Leon [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>] and Generalized Lasalle Invariance Principle in Huo et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>].</p>
<p>For prey extinction point <italic>E</italic><sub>1</sub>(0, <italic>P</italic><sub>1</sub>), we consider a Lyapunov function,</p>
<disp-formula id="E32"><mml:math id="M80"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</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:math></disp-formula>
<p>The Caputo derivative &#x003B1;-order of <italic>V</italic><sub>1</sub> is as follows:</p>
<disp-formula id="E33"><mml:math id="M81"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>If <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, then we have,</p>
<disp-formula id="E34"><mml:math id="M83"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><inline-formula><mml:math id="M84"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> only if <italic>N</italic> &#x0003D; 0. For <italic>N</italic> &#x0003E; 0, if <italic>K</italic> &#x02264; <italic>k</italic><sub>1</sub>, then <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and according to Generalized Lasalle Invariance Principle [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>], <italic>E</italic><sub>1</sub> is globally asymptotically stable. We write the global stability conditions of <italic>E</italic><sub>1</sub> in the following theorem.</p>
<p>THEOREM 8. If <italic>E</italic><sub>1</sub> &#x0003D; (0, <italic>P</italic><sub>1</sub>) exists, then <italic>E</italic><sub>1</sub> is globally asymtotically stable if <inline-formula><mml:math id="M86"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and <italic>K</italic> &#x02264; <italic>k</italic><sub>1</sub>.</p>
<p>Then, we construct a Lyapunov function as follows:</p>
<disp-formula id="E35"><mml:math id="M87"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>for <italic>E</italic><sub>2</sub>(<italic>K</italic>, 0). We have,</p>
<disp-formula id="E36"><mml:math id="M88"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Suppose that <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Thus, we have,</p>
<disp-formula id="E37"><mml:math id="M90"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We get that <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Hence, <italic>E</italic><sub>2</sub> is globally asymptotically stable with the condition as in the following theorem.</p>
<p>THEOREM 9. <italic>E</italic><sub>2</sub> is globally asymtotically stable if <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>To investigate the global stability of coexistence point, we consider a Lyapunov function</p>
<disp-formula id="E38"><mml:math id="M93"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>N</italic><sub>3</sub> and <italic>P</italic><sub>3</sub> as in Equation (9). The &#x003B1;-order derivative of <italic>V</italic><sub>3</sub> satisfies</p>
<disp-formula id="E39"><mml:math id="M94"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><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:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Consider a domain <inline-formula><mml:math id="M95"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then, <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <italic>E</italic><sub>3</sub> is globally asymptotically stable in &#x003A9;<sup>&#x0002A;</sup>. Hence, we derive the following theorem.</p>
<p>THEOREM 10. <italic>E</italic><sub>3</sub> is globally asymptotically stable in the domain <inline-formula><mml:math id="M97"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
</sec>
<sec>
<title>3.4. Existence of Hopf bifurcation</title>
<p>THEOREM 11. If <italic>d</italic> &#x0003C; 0 and <italic>k</italic><sub>1</sub> &#x0003C; <italic>K</italic> &#x02212; 2<italic>N</italic><sub>3</sub> &#x02212; <italic>aK</italic> with <italic>a</italic> is given in Equation (19), then <italic>E</italic><sub>3</sub> undergoes Hopf bifurcation when the order of Caputo derivative, &#x003B1;, pass &#x003B1;<sup>&#x0002A;</sup> with</p>
<disp-formula id="E40"><label>(22)</label><mml:math id="M98"><mml:msup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>tan</mml:mi><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:mi>I</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and &#x003BB;<sup>&#x0002A;</sup> is an eigenvalue of <italic>E</italic><sub>3</sub>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. Suppose that <italic>d</italic> &#x0003C; 0 and <italic>k</italic><sub>1</sub> &#x0003C; <italic>K</italic> &#x02212; 2<italic>N</italic><sub>3</sub> &#x02212; <italic>aK</italic>. Then, the eigenvalues of <italic>J</italic>(<italic>E</italic><sub>3</sub>) are a pair of complex number <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> with positive real part. Suppose that</p>
<disp-formula id="E41"><mml:math id="M101"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>min</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>arg</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>For &#x003B1; &#x0003D; &#x003B1;<sup>&#x0002A;</sup> with</p>
<disp-formula id="E42"><mml:math id="M102"><mml:msup><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>tan</mml:mi><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:mi>I</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>we have <italic>f</italic>(&#x003B1;<sup>&#x0002A;</sup>) &#x0003D; 0 and <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:msub><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. According to Theorem 3 in Li and Wu [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>], <italic>E</italic><sub>3</sub> undergoes Hopf bifurcation at &#x003B1; &#x0003D; &#x003B1;<sup>&#x0002A;</sup>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4. Numerical simulations</title>
<p>In this section, numerical simulations of the model (Equation 3) are carried out using Matlab software and the predictor&#x02013;corrector scheme, which is introduced by Diethelm et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. The purposes of the numerical simulations are to confirm the dynamics analysis results and the existence of Hopf bifurcation. Since there are no available data related to our proposed model yet, the parameter values are chosen hypothetically in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>Parameter values.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:&#x00023;919498;color:&#x00023;ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Parameter</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Simulation 1</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Simulation 2</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Simulation 3</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>r</italic></td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>K</italic></td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>b</italic><sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="center">0.5</td>
<td valign="top" align="center">0.5</td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic><sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>c</italic><sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="center">0.2</td>
<td valign="top" align="center">0.1</td>
<td valign="top" align="center">0.2</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>c</italic><sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="center">0.2</td>
<td valign="top" align="center">0.2</td>
<td valign="top" align="center">0.12</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>e</italic></td>
<td valign="top" align="center">0.1</td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
<td valign="top" align="center">0.02</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>b</italic><sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
<td valign="top" align="center">0.35</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>m</italic></td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic><sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>For parameter values in Simulation 1, <italic>E</italic><sub>1</sub> exists, i.e., <italic>E</italic><sub>1</sub> &#x0003D; (0, 0.7143) and the local stability condition in Theorem 5 is satisfied. We conduct numerical simulations with several values of &#x003B1;. The results in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> show that the solutions tend to the prey extinction point for all &#x003B1; values chosen. This is consistent with the analytical results since the Jacobi matrix eigenvalues are negative real numbers, which involve <italic>E</italic><sub>1</sub> always asymptotically stable with the selected parameter values for any order derivative of the &#x003B1; &#x02208; (0, 1]. However, we can see a difference in the solution&#x00027;s behavior for each &#x003B1;. The lower the &#x003B1; value, the slower the solution reaches <italic>E</italic><sub>1</sub>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Graphic solutions of Simulation 1. <bold>(A)</bold> Solutions of <italic>N</italic> with respect to time <italic>t</italic>. <bold>(B)</bold> Solutions of <italic>P</italic> with respect to time <italic>t</italic>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1122330-g0001.tif"/>
</fig>
<p>For the second simulation, we use the same parameter values but <italic>c</italic><sub>1</sub> and <italic>e</italic> (see <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>). As a result, the existence condition for <italic>E</italic><sub>1</sub> is not satisfied, so the point does not exist. It means that the prey can survive from extinction. For the predator extinction point <italic>E</italic><sub>2</sub>(1, 0), the stability condition in Theorem 6 is satisfied and <italic>E</italic><sub>2</sub> is asymptotically stable for any fractional order of &#x003B1; &#x02208; (0, 1]. It fits the numerial simulation results in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. Represented by some values of &#x003B1;, we can see that the solutions with initial value close to <italic>E</italic><sub>2</sub> go to <italic>E</italic><sub>2</sub>. With a greater &#x003B1; value, the solution will reach the predator extinction point faster.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Graphic solutions of Simulation 2. <bold>(A)</bold> Solutions of <italic>N</italic> with respect to time <italic>t</italic>. <bold>(B)</bold> Solutions of <italic>P</italic> with respect to time <italic>t</italic>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1122330-g0002.tif"/>
</fig>
<p>Next, we demonstrate the effect of the derivative order on the behavior of the solution, with 0.8 &#x02264; &#x003B1; &#x02264; 1. The parameter values in the last column of <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref> were chosen. With those parameter values, the coexistence point exists, i.e., <italic>E</italic><sub>3</sub>(0.1423, 1.2645), which has the eigenvalues &#x003BB;<sup>&#x0002A;</sup> &#x0003D; 0.0232 &#x0002B; 0.1589<italic>i</italic> and <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>0232</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1589</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The parameter values satisfy <italic>k</italic><sub>1</sub> &#x0003C; <italic>K</italic> &#x02212; 2<italic>N</italic><sub>3</sub> &#x02212; <italic>aK</italic> and the discriminant of the quadratic equation of the eigenvalues is negative, i.e., <italic>d</italic> &#x0003D; &#x02212;0.1010. Based on the Theorem 7, the stability of <italic>E</italic><sub>3</sub> is determined by the argument of the order derivative &#x003B1;. The threshold is &#x003B1;<sup>&#x0002A;</sup> &#x0003D; 0.9077, which satisfies <inline-formula><mml:math id="M105"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>From the bifurcation diagram in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>, we can see that for &#x003B1; &#x0003C; &#x003B1;<sup>&#x0002A;</sup>, the solutions tend to <italic>E</italic><sub>3</sub>. Meanwhile, for &#x003B1; &#x0003E; &#x003B1;<sup>&#x0002A;</sup>, the solutions tend to limit cycle around <italic>E</italic><sub>3</sub>. As confirmation of the bifurcation diagram, two &#x003B1; values satisfying &#x003B1; &#x0003C; &#x003B1;<sup>&#x0002A;</sup>, i.e., &#x003B1; &#x0003D; 0.8 and &#x003B1; &#x0003D; 0.89, and two &#x003B1; values satisfying &#x003B1;.&#x003B1;<sup>&#x0002A;</sup>, i.e., &#x003B1; &#x0003D; 0.91 and &#x003B1; &#x0003D; 1, are selected to simulate the solutions of <italic>N</italic> and <italic>P</italic> with respect to time. For &#x003B1; &#x0003D; 0.8 and &#x003B1; &#x0003D; 0.89, the solutions tend to <italic>E</italic><sub>3</sub>. The solution with &#x003B1; &#x0003D; 0.89 oscillates longer than &#x003B1; &#x0003D; 0.8 before finally convergent to <italic>E</italic><sub>3</sub>. Meanwhile, for &#x003B1; &#x0003D; 0.91 and &#x003B1; &#x0003D; 1, each solution convergent to a limit cycle. The amplitude of the limit cycle solution with &#x003B1; &#x0003D; 1 is greater than &#x003B1; &#x0003D; 0.91.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Bifurcation diagram with &#x003B1; as bifurcation parameter. <bold>(A)</bold> Value of <italic>N</italic><sup>&#x0002A;</sup> with respect to derivative order &#x003B1;. <bold>(B)</bold> Value of <italic>P</italic><sup>&#x0002A;</sup> with respect to derivative order &#x003B1;.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1122330-g0003.tif"/>
</fig>
<p>Numerical simulations in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref> show the existence of Hopf bifurcation in system (3) with &#x003B1; as bifurcation parameter. In addition, the system also undergoes one-parameter Hopf bifurcation with other bifurcation parameters such as cannibalism rate (<italic>b</italic><sub>2</sub>) and refuge coefficient (<italic>m</italic>). The bifurcation diagrams are shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F6">6</xref>, respectively.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Graphic solutions of Simulation 3. <bold>(A)</bold> Solutions of <italic>N</italic> with respect to time <italic>t</italic>. <bold>(B)</bold> Solutions of <italic>P</italic> with respect to time <italic>t</italic>. <bold>(C)</bold> Phase portraits.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1122330-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Bifurcation diagram with <italic>b</italic><sub>2</sub> as bifurcation parameter. <bold>(A)</bold> The value of <italic>N</italic><sup>&#x0002A;</sup> for 0.2 &#x02264; <italic>b</italic><sub>2</sub> &#x02264; 0.4. <bold>(B)</bold> The value of <italic>P</italic><sup>&#x0002A;</sup> for 0.2 &#x02264; <italic>b</italic><sub>2</sub> &#x02264; 0.4.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1122330-g0005.tif"/>
</fig>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>Bifurcation diagram with <italic>m</italic> as bifurcation parameter. <bold>(A)</bold> The value of <italic>N</italic><sup>&#x0002A;</sup> for 0.1 &#x02264; <italic>m</italic> &#x02264; 0.5. <bold>(B)</bold> The value of <italic>P</italic><sup>&#x0002A;</sup> for 0.1 &#x02264; <italic>m</italic> &#x02264; 0.5.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1122330-g0006.tif"/>
</fig>
<p>For bifurcation diagram with parameter <italic>b</italic><sub>2</sub>, we have three bifurcation points, i.e., <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2429</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>306</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>372</mml:mn></mml:math></inline-formula>. For <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</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>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, the solutions convergent to prey extinction point <italic>E</italic><sub>1</sub>. It is in accordance with the analytical result since the stability condition of <italic>E</italic><sub>1</sub> is satisfied. When the predator cannibalism rate is increased pass <inline-formula><mml:math id="M110"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <italic>E</italic><sub>1</sub> is unstable, and the solutions convergent to the coexistence point, which means the predator survive from extinction. The solutions tend to limit cycle when <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</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>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. For bifurcation diagram with parameter <italic>m</italic>, we have two bifurcation points, i.e., <italic>m</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>m</italic><sup>&#x0002A;&#x0002A;</sup>. For <italic>m</italic> &#x0003C; <italic>m</italic><sup>&#x0002A;</sup>, the solutions convergent to coexistence point. The solutions tend to limit cycle in the refuge coefficient range <italic>m</italic><sup>&#x0002A;</sup> &#x0003C; <italic>m</italic> &#x0003C; <italic>m</italic><sup>&#x0002A;&#x0002A;</sup>.</p>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s5">
<title>5. Conclusion</title>
<p>A first-order system of Predator&#x02013;prey interaction incorporating predator cannibalism and refuge is modified by applying Caputo fractional-order derivative operator. We verify the non-negativity, existence, uniqueness, and boundedness of the model solution. The local and global stability of equilibrium points are then examined. In addition, the existence of Hopf bifurcation is investigated. There are four equilibrium points in the model: the origin point, the prey extinction point, the predator extinction point, and the coexistence point. Since the eigenvalues are real numbers, the first three equilibrium points have the same local stability as the first-order system. However, the local stability of the coexistence point differs from that of the first-order system. The coexistence point with positive real-part eigenvalues is locally asymptotically stable in the modified system as long as the absolute of the eigenvalue arguments are bigger than <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Even though it is based on different theories, the global stability properties of all equilibrium points are identical to those in the first-order system. Under certain conditions, the Hopf bifurcation exists for the coexistence point. Numerical simulations confirmed the analytical results of stability properties and the existence of Hopf bifurcation.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>AS and WMK: conceptualization. MR, AS, and ID: methodology. MR: software, data curation, writing&#x02014;original draft preparation, and visualization. AS, WMK, and ID: validation, writing&#x02014;reviewing and editing, and supervision. MR and AS: formal analysis. MR, AS, WMK, and ID: investigation. AS: resources and project administration. All authors have read and agreed to the published version of the manuscript.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of interest</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 sec-type="disclaimer" id="s8">
<title>Publisher&#x00027;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Djilali</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Bentout</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Spatiotemporal patterns in a diffusive predator-prey model with prey social behavior</article-title>. <source>Acta Appl Math</source>. (<year>2020</year>) <volume>169</volume>:<fpage>125</fpage>&#x02013;<lpage>43</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10440-019-00291-z</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mezouaghi</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Djilali</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Bentout</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Biroud</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>Bifurcation analysis of a diffusive predator-prey model with prey social behavior and predator harvesting</article-title>. <source>Math Methods Appl Sci</source>. (<year>2022</year>) <volume>45</volume>:<fpage>718</fpage>&#x02013;<lpage>31</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/mma.7807</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Beay</surname> <given-names>LK</given-names></name> <name><surname>Suryanto</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Darti</surname> <given-names>I</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Hopf bifurcation and stability analysis of the Rosenzweig-MacArthur predator-prey model with stage-structure in prey</article-title>. <source>Math Biosci Eng</source>. (<year>2020</year>) <volume>17</volume>:<fpage>4080</fpage>&#x02013;<lpage>97</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3934/mbe.2020226</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32987569</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bentout</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Djilali</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Bifurcation analysis of an age-structured prey-predator model with infection developed in prey</article-title>. <source>Math Methods Appl Sci</source>. (<year>2022</year>) <volume>45</volume>:<fpage>1189</fpage>&#x02013;<lpage>208</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/mma.7846</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rayungsari</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Kusumawinahyu</surname> <given-names>WM</given-names></name> <name><surname>Marsudi</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamical analysis of predator-prey model with ratio-dependent functional response</article-title>. <source>Appl Math Sci</source>. (<year>2014</year>) <volume>8</volume>:<fpage>1401</fpage>&#x02013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.12988/ams.2014.4111</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18193425</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Blyuss</surname> <given-names>KB</given-names></name> <name><surname>Kyrychko</surname> <given-names>YN</given-names></name> <name><surname>Blyuss</surname> <given-names>OB</given-names></name></person-group>. <article-title>Complex dynamics near extinction in a predator-prey model with ratio dependence and Holling type III functional response</article-title>. <source>Front Appl Math Stat</source>. (<year>2022</year>) <volume>2022</volume>:<fpage>123</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2022.1083815</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Suryanto</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Darti</surname> <given-names>I</given-names></name> <name><surname>S Panigoro</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Kilicman</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>A fractional-order predator-prey model with ratio-dependent functional response and linear harvesting</article-title>. <source>Mathematics</source>. (<year>2019</year>) <volume>7</volume>:<fpage>1100</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/math7111100</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Panigoro</surname> <given-names>HS</given-names></name> <name><surname>Rahmi</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Resmawan</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Bifurcation analysis of a predator-prey model involving age structure, intraspecific competition, Michaelis-Menten type harvesting, and memory effect</article-title>. <source>Front Appl Mathand Statistics</source>. (<year>2023</year>) <volume>2023</volume>:<fpage>124</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2022.1077831</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Trapanese</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Bey</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Tonachella</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Meunier</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Masi</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Prolonged care and cannibalism of infant corpse by relatives in semi-free-ranging capuchin monkeys</article-title>. <source>Primates</source>. (<year>2020</year>) <volume>61</volume>:<fpage>41</fpage>&#x02013;<lpage>47</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10329-019-00747-8</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">31482322</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Oliva-Vidal</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Tobajas</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Margalida</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Cannibalistic necrophagy in red foxes: do the nutritional benefits offset the potential costs of disease transmission?</article-title> <source>Mammalian Biol</source>. (<year>2021</year>) <volume>101</volume>:<fpage>1115</fpage>&#x02013;<lpage>20</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s42991-021-00184-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Allen</surname> <given-names>ML</given-names></name> <name><surname>Krofel</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Yamazaki</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Alexander</surname> <given-names>EP</given-names></name> <name><surname>Koike</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Cannibalism in bears</article-title>. <source>Ursus</source>. (<year>2022</year>) <volume>2022</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2192/URSUS-D-20-00031.2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cunha-Saraiva</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Balshine</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Wagner</surname> <given-names>RH</given-names></name> <name><surname>Schaedelin</surname> <given-names>FC</given-names></name></person-group>. <article-title>From cannibal to caregiver: tracking the transition in a cichlid fish</article-title>. <source>Animal Behaviour</source>. (<year>2018</year>) <volume>139</volume>:<fpage>9</fpage>&#x02013;<lpage>17</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.anbehav.2018.03.003</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Canales</surname> <given-names>TM</given-names></name> <name><surname>Delius</surname> <given-names>GW</given-names></name> <name><surname>Law</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Regulation of fish stocks without stock-recruitment relationships: the case of small pelagic fish</article-title>. <source>Fish Fish</source>. (<year>2020</year>) <volume>21</volume>:<fpage>857</fpage>&#x02013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/faf.12465</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Koltz</surname> <given-names>AM</given-names></name> <name><surname>Wright</surname> <given-names>JP</given-names></name></person-group>. <article-title>Impacts of female body size on cannibalism and juvenile abundance in a dominant arctic spider</article-title>. <source>J Animal Ecol</source>. (<year>2020</year>) <volume>89</volume>:<fpage>1788</fpage>&#x02013;<lpage>98</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/1365-2656.13230</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32367582</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Marchetti</surname> <given-names>MF</given-names></name> <name><surname>Persons</surname> <given-names>MH</given-names></name></person-group>. <article-title>Egg sac damage and previous egg sac production influence truncated parental investment in the wolf spider, Pardosa milvina</article-title>. <source>Ethology</source>. (<year>2020</year>) <volume>126</volume>:<fpage>1111</fpage>&#x02013;<lpage>21</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/eth.13091</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Yu</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Tan</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Tan</surname> <given-names>NY</given-names></name> <name><surname>Wong</surname> <given-names>XX</given-names></name> <name><surname>Kuntner</surname> <given-names>M</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Male mating strategies to counter sexual conflict in spiders</article-title>. <source>Commun Biol</source>. (<year>2022</year>) <volume>5</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>12</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s42003-022-03512-8</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">35655093</pub-id></citation></ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bose</surname> <given-names>APH</given-names></name></person-group>. <article-title>Parent-offspring cannibalism throughout the animal kingdom: a review of adaptive hypotheses</article-title>. <source>Biol Rev</source>. (<year>2022</year>) <volume>97</volume>:<fpage>1868</fpage>&#x02013;<lpage>85</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/brv.12868</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">35748275</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kang</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Rodriguez-Rodriguez</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Evilsizor</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Ecological and evolutionary dynamics of two-stage models of social insects with egg cannibalism</article-title>. <source>J Math Anal Appl</source>. (<year>2015</year>) <volume>430</volume>:<fpage>324</fpage>&#x02013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmaa.2015.04.079</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamical analysis of a stage-structured predator-prey model with cannibalism</article-title>. <source>Math Biosci</source>. (<year>2019</year>) <volume>307</volume>:<fpage>33</fpage>&#x02013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mbs.2018.11.004</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30445129</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Deng</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Zhu</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>Z</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamic behaviors of Lotka-Volterra predator-prey model incorporating predator cannibalism</article-title>. <source>Adv Diff Equat</source>. (<year>2019</year>) <volume>1</volume>:<fpage>359</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s13662-019-2289-8</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rayungsari</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Suryanto</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Kusumawinahyu</surname> <given-names>WM</given-names></name> <name><surname>Darti</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamical analysis of a predator-prey model incorporating predator cannibalism and refuge</article-title>. <source>Axioms</source>. (<year>2022</year>) <volume>11</volume>:<fpage>116</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/axioms11030116</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mondal</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Samanta</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamics of an additional food provided predator-prey system with prey refuge dependent on both species and constant harvest in predator</article-title>. <source>Physica A</source>. (<year>2019</year>) <volume>534</volume>:<fpage>122301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2019.122301</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Saha</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Samanta</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Analysis of a predator-prey model with herd behavior and disease in prey incorporating prey refuge</article-title>. <source>Int J Biomath</source>. (<year>2019</year>) <volume>12</volume>:<fpage>1950007</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S1793524519500074</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Panigoro</surname> <given-names>HS</given-names></name> <name><surname>Rahmi</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Achmad</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Mahmud</surname> <given-names>SL</given-names></name></person-group>. <article-title>The influence of additive Allee effect and periodic harvesting to the dynamics of Leslie-Gower predator-prey model</article-title>. <source>Jambura J Math</source>. (<year>2020</year>) <volume>2</volume>:<fpage>87</fpage>&#x02013;<lpage>96</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.34312/jjom.v2i2.4566</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Qi</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Meng</surname> <given-names>X</given-names></name></person-group>. <article-title>Threshold behavior of a stochastic predator-prey system with prey refuge and fear effect</article-title>. <source>Appl Math Lett</source>. (<year>2021</year>) <volume>113</volume>:<fpage>106846</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aml.2020.106846</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Suryanto</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Darti</surname> <given-names>I</given-names></name> <name><surname>Anam</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Stability analysis of a fractional order modified Leslie-Gower model with additive Allee effect</article-title>. <source>Int J Math Math Sci</source>. (<year>2017</year>) <volume>2017</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2017/8273430</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Dehghan</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Xue</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>A review and evaluation of numerical tools for fractional calculus and fractional order controls</article-title>. <source>Int J Control</source>. (<year>2017</year>) <volume>90</volume>:<fpage>1165</fpage>&#x02013;<lpage>81</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00207179.2015.1124290</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liouville</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <source>Memoire Sur Le Calcul Des Differentielles a Indices Quelconques</source>. (<year>1832</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://books.google.com/books?id=6jfBtwAACAAJ">https://books.google.com/books?id=6jfBtwAACAAJ</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Samko</surname> <given-names>SG</given-names></name> <name><surname>Kilbas</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Marichev</surname> <given-names>OI</given-names></name></person-group>. <source>Fractional Integrals and Derivatives: Theory and Applications</source>. <publisher-loc>Switzerland; Philadelphia, PA</publisher-loc>: <publisher-name>Gordon and Breach Science Publishers</publisher-name> (<year>1993</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Farid</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>A unified integral operator and further its consequences</article-title>. <source>Open J Math Anal</source>. (<year>2020</year>) <volume>4</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.30538/psrp-oma2020.0047</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Panigoro</surname> <given-names>HS</given-names></name> <name><surname>Suryanto</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Kusumawinahyu</surname> <given-names>WM</given-names></name> <name><surname>Darti</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamics of an eco-epidemic predator-prey model involving fractional derivatives with power-law and Mittag-Leffler kernel</article-title>. <source>Symmetry</source>. (<year>2021</year>) <volume>13</volume>:<fpage>785</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/sym13050785</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rahmi</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Darti</surname> <given-names>I</given-names></name> <name><surname>Suryanto</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>A modified leslie-gower model incorporating beddington-deangelis functional response, double allee effect and memory effect</article-title>. <source>Fractal Fract</source>. (<year>2021</year>) <volume>5</volume>:<fpage>84</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/fractalfract5030084</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Alqhtani</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Owolabi</surname> <given-names>KM</given-names></name> <name><surname>Saad</surname> <given-names>KM</given-names></name></person-group>. <article-title>Spatiotemporal (target) patterns in sub-diffusive predator-prey system with the Caputo operator</article-title>. <source>Chaos Solitons Fractals</source>. (<year>2022</year>) <volume>160</volume>:<fpage>112267</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2022.112267</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Podlubny</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <article-title>Stability of fractional-order nonlinear dynamic systems: lyapunov direct method and generalized Mittag-Leffler stability</article-title>. <source>Comput Math Appl</source>. (<year>2010</year>) <volume>59</volume>:<fpage>1810</fpage>&#x02013;<lpage>21</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2009.08.019</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Odibat</surname> <given-names>ZM</given-names></name> <name><surname>Shawagfeh</surname> <given-names>NT</given-names></name></person-group>. <article-title>Generalized Taylor&#x00027;s formula</article-title>. <source>Appl Math Comput</source>. (<year>2007</year>) <volume>186</volume>:<fpage>286</fpage>&#x02013;<lpage>93</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2006.07.102</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ganti</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Gopinathan</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>A note on the solutions of cubic equations of state in low temperature region</article-title>. <source>J Mol Liquids</source>. (<year>2020</year>) <volume>315</volume>:<fpage>113808</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.molliq.2020.113808</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hafsi</surname> <given-names>Z</given-names></name></person-group>. <article-title>Accurate explicit analytical solution for Colebrook-White equation</article-title>. <source>Mech Res Commun</source>. (<year>2021</year>) <volume>111</volume>:<fpage>103646</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mechrescom.2020.103646</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Petras</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <source>Fractional-order Nonlinear Systems: Modeling, Analysis, and Simulation</source>. <publisher-loc>Beijing</publisher-loc>: <publisher-name>Springer London</publisher-name> (<year>2011</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Vargas-De-Leon</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Volterra-type Lyapunov functions for fractional-order epidemic systems</article-title>. <source>Commun Nonlinear Sci Numer Simulat</source>. (<year>2015</year>) <volume>24</volume>:<fpage>75</fpage>&#x02013;<lpage>85</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cnsns.2014.12.013</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huo</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Zhu</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>The effect of vaccines on backward bifurcation in a fractional order HIV model</article-title>. <source>Nonlinear Anal Real World Appl</source>. (<year>2015</year>) <volume>26</volume>:<fpage>289</fpage>&#x02013;<lpage>305</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.nonrwa.2015.05.014</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Hopf bifurcation analysis of a new commensurate fractional-order hyperchaotic system</article-title>. <source>Nonlinear Dyn</source>. (<year>2014</year>) <volume>78</volume>:<fpage>279</fpage>&#x02013;<lpage>88</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11071-014-1439-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Diethelm</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Ford</surname> <given-names>NJ</given-names></name> <name><surname>Freed</surname> <given-names>AD</given-names></name></person-group>. <article-title>A predictor-corrector approach for the numerical solution of fractional differential equations</article-title>. <source>Nonlinear Dyn</source>. (<year>2002</year>) <volume>29</volume>:<fpage>3</fpage>&#x02013;<lpage>22</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/A:1016592219341</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list> 
</back>
</article>
