<?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.2024.1358485</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>Solving a fractional diffusion PDE using some standard and nonstandard finite difference methods with conformable and Caputo operators</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Appadu</surname> <given-names>Appanah R.</given-names></name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/968824/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/data-curation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/project-administration/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/software/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/validation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/visualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Kelil</surname> <given-names>Abey S.</given-names></name>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/956104/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/data-curation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/software/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/visualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Nyingong</surname> <given-names>Ndifon Wikocho</given-names></name>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2806916/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/data-curation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/software/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/visualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff><institution>Department of Mathematics, Nelson Mandela University</institution>, <addr-line>Gqeberha</addr-line>, <country>South Africa</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Yasser Aboelkassem, University of Michigan-Flint, United States</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Sania Qureshi, Mehran University of Engineering and Technology, Pakistan</p>
<p>Ndolane Sene, Cheikh Anta Diop University, Senegal</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Appanah R. Appadu <email>Rao.Appadu&#x00040;mandela.ac.za</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>20</day>
<month>08</month>
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2024</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>1358485</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>19</day>
<month>12</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>23</day>
<month>07</month>
<year>2024</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2024 Appadu, Kelil and Nyingong.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Appadu, Kelil and Nyingong</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>
<sec>
<title>Introduction</title>
<p>Fractional diffusion equations offer an effective means of describing transport phenomena exhibiting abnormal diffusion pat-terns, often eluding traditional diffusion models.</p></sec>
<sec>
<title>Methods</title>
<p>We construct four finite difference methods where fractional derivatives are approximated using either conformable or Caputo operators.</p></sec>
<sec>
<title>Results</title>
<p>Stability of the proposed schemes is analyzed using von Neumann stability analysis, and conditions are established to preserve positivity. Consistency analysis is performed for all methods, and numerical results with fractional parameters (&#x003B1;) set to 0.75, 0.90, 0.95, and 1.0 are presented.</p></sec>
<sec>
<title>Discussion</title>
<p>The rate of convergence in time for the four methods is computed.</p></sec></abstract>
<kwd-group>
<kwd>conformable derivative</kwd>
<kwd>Caputo derivative</kwd>
<kwd>finite difference method</kwd>
<kwd>consistency</kwd>
<kwd>stability</kwd>
</kwd-group>
<contract-sponsor id="cn001">National Research Foundation<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100001321</named-content></contract-sponsor>
<counts>
<fig-count count="5"/>
<table-count count="9"/>
<equation-count count="114"/>
<ref-count count="52"/>
<page-count count="20"/>
<word-count count="7976"/>
</counts>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Mathematical Biology</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Fractional partial differential equations (FPDEs) are a generalization of classical partial differential equations (PDEs) by incorporating fractional derivatives of arbitrary order, providing a versatile framework for describing a broad range of phenomena in physical, chemical, biological, and financial processes with anomalous transport mechanisms [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. These equations capture non-local and non-linear aspects that are not captured by classical PDEs [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. Real-world physical models often entail substantial uncertainty arising from numerous variables [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>].</p>
<p>Solving FPDEs numerically poses challenges due to their inherently non-local and non-linear nature [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>].</p>
<p>A fractional diffusion equation can be expressed in the form [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>t</italic>&#x0003E;0, <italic>L</italic> &#x02264; <italic>x</italic> &#x02264; <italic>R</italic>, and 0 &#x0003C; &#x003B1; &#x02264; 1, with initial condition given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E2">Equation 2</xref>:</p>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M2"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and boundary conditions: <italic>u</italic>(<italic>L, t</italic>) &#x0003D; <italic>f</italic>(<italic>t</italic>), and <italic>u</italic>(<italic>R, t</italic>) &#x0003D; <italic>g</italic>(<italic>t</italic>), where <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equation 1</xref> is the Caputo fractional derivative of order &#x003B1;, and is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E3">Equation 3</xref> as follows:</p>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M4"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>m</italic>&#x02212;1 &#x0003C; &#x003B1; &#x0003C; <italic>m, m</italic>&#x02208;&#x02115; [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>].</p>
<p>In the realm of FPDEs, diffusion equation via the Caputo operator can be used in modeling transport of diffusion processes, by offering a profound mechanism for describing memory and hereditary properties of materials and processes. This aspect is crucial for our work with a fractional diffusion experiment, where the traditional integer-order models fall short in capturing the complex dynamics of anomalous diffusion prevalent in many natural and engineering systems. Incorporating the Caputo operator allows for a more accurate representation of the non-local and history-dependent behavior of diffusion processes, enhancing the model&#x00027;s ability to predict and analyze real-world scenarios effectively [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. Furthermore, the insights from Awadalla et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] and Shaikh and Qureshi [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>] shed some light on contributions of the Caputo operator toward modeling complex dynamical systems, including its application in fractional optimal control models and bifurcation analysis of human syncytial respiratory virus transmission dynamics. Awadalla et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] showed the operator&#x00027;s efficacy in applications ranging from fractional optimal control models to the bifurcation analysis of human respiratory virus transmission dynamics, reinforcing the Caputo operator&#x00027;s indispensability in capturing some dynamics of such systems.</p>
<p>Mathematical modeling of pattern formation in coral reefs using fractional differential equations shows an elegant approach to capturing the complex dynamics of ecological systems [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. Fractional models are particularly adept at describing phenomena with memory effects and spatial heterogeneity, characteristics inherent to ecological patterns observed in coral reefs. A fractional partial differential equation modeling coral reef growth and interaction can be expressed as [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]:</p>
<disp-formula id="E4"><mml:math id="M5"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>N</italic>(<italic>x, t</italic>) represents the coral population density at location <italic>x</italic> and time <italic>t</italic>, <italic>D</italic><sub><italic>N</italic></sub> is the diffusion coefficient capturing the spread of coral larvae, &#x003B1; and 2&#x003B2; denote the fractional orders of time and space derivatives reflecting memory and spatial dispersal effects, <italic>R</italic>(<italic>N, C</italic>) is the growth rate dependent on coral and nutrient concentration <italic>C</italic>, and <italic>M</italic>(<italic>N</italic>) represents natural mortality. Such models allow for understanding of how local interactions and environmental conditions influence large-scale pattern formation, offering insights into conservation strategies and reef resilience [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>].</p>
<p>Recent advancements in numerical methods for solving non-linear partial differential equations (PDEs) encompass notable techniques such as the optimal homotopy continuation method [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>], variational homotopy method [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>], and a hybrid iterative approach [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. Qureshi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>] used a three-step numerical scheme showing ninth-order convergence in solving non-linear equations. Comparative analyses revealed its superior efficiency when compared to established schemes in computational science. In addition, the authors, in [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>], investigated a novel optimal iterative algorithm with fourth-order accuracy tailored for root-finding in real functions.</p>
<p>Analytic solutions of most FPDEs cannot be obtained explicitly. In fact, the closed form solutions for many time-fractional differential equations are not available [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]. Some nonstandard finite difference (NSFD) schemes were first devised by Mickens [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>].</p>
<p>The primary merit of the NSFD schemes lies in their ability to overcome the inherent numerical instabilities associated with classical finite difference methods [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. The development of NSFD methods adheres to some fundamental rules for its practical implementation [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]:</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(i) The order of discrete derivatives should match the order of the corresponding derivatives in the given differential equation.</p></list-item>
<list-item><p>(ii) Discrete representations for derivatives typically involve non-trivial denominator functions. For instance:</p></list-item></list>
<disp-formula id="E5"><mml:math id="M6"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Recently, NSFD methods have been constructed by many researchers for solving differential equations. Agarwal and El-Sayed proposed a nonstandard finite difference method and a Chebyshev collocation method to solve a fractional order diffusion equation [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. Momani et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] constructed a nonstandard implicit Euler method for solving a class of fractional partial differential equations. Tijani and Appadu [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] constructed an unconditionally positive nonstandard finite difference scheme for a mathematical model of biofilm formation on a medical implant. The model employed uses the bistable Allen-Cahn partial differential equation, which is a generalization of Fisher&#x00027;s equation. Appadu and Tijani [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] obtained the numerical solution of a 1-D generalized Burgers-Huxley equation under specified initial and boundary conditions, and they used Forward Time Central Space (FTCS) and a nonstandard finite difference scheme. Agbavon and Appadu [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>] constructed a nonstandard finite difference schemes to solve the FitzHugh-Nagumo equation with specified initial and boundary conditions under three different regimes. Kehinde et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>] obtained solution to a two-dimensional semilinear singularly perturbed semilinear convection-diffusion problem by constructing a nonstandard finite difference method. Jejeniwa et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>] used three methods: the Kowalic-Murty scheme, Lax-Wendroff scheme, and nonstandard finite difference (NSFD) scheme, to solve 1D and 2D convective diffusion equations. They looked at the cases when the advection velocity was much greater than of the diffusion coefficient and when the coefficient of diffusion was much greater than the advection velocity. They also analyzed the dispersion properties of the three methods.</p>
<p>Fractional subdiffusion and superdiffusion are described by the parameter &#x003B1;, which determines the anomalous nature of diffusion. In subdiffusion, &#x003B1; ranges from 0 to 1 (0 &#x0003C; &#x003B1; &#x0003C; 1), indicating that the mean squared displacement (MSD) increases slower than in classical diffusion. This behavior is modeled by the time-fractional diffusion equation:</p>
<disp-formula id="E6"><mml:math id="M8"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>D</italic> is the diffusion coefficient and &#x02202;<sup>&#x003B1;</sup>/&#x02202;<italic>t</italic><sup>&#x003B1;</sup> represents a Caputo derivative, which is used to incorporate memory effects into the system [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. This model is particularly relevant in biological and environmental contexts where diffusion is hindered by physical barriers and complex internal structures [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>].</p>
<p>Conversely, for superdiffusion, the &#x003B1; values lie between 1 and 2 (1 &#x0003C; &#x003B1; &#x0003C; 2), where the MSD grows faster than it does in normal diffusion, suggestive of long jumps and persistent directional movement [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>]. This dynamic is modeled by</p>
<disp-formula id="E7"><mml:math id="M9"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x02207;<sup>&#x003B1;</sup> represents the fractional Laplacian of order &#x003B1;. This equation is commonly applied in modeling dynamics driven by long-range interactions, such as in environmental science for the rapid spread of pollutants and in financial markets for capturing the large fluctuations typical of stock prices and market indices [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>]. These applications are detailed in <italic>Anomalous Diffusion</italic> by Metzler and Klafter, which explores the relevance of these models in turbulent flows and financial markets [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>]. See also [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>] for fractional Kinetic equations and [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>] for some physical applications of fractal operators.</p>
<p>This study is novel in many ways, and the study we carried out is quite different from that by Stynes et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>]. Stynes et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>] investigated the regularity of solutions for a general equation of the form</p>
<disp-formula id="E8"><mml:math id="M10"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and obtained bounds for the <italic>L</italic><sub>&#x0221E;</sub> error. They then constructed an implicit classical finite difference scheme to solve three problems described by the following equations:</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(i) <inline-formula><mml:math id="M181"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant='script'>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></list-item>
<list-item><p>(ii) <inline-formula><mml:math id="M182"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant='script'>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><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:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></list-item>
<list-item><p>(iii) <inline-formula><mml:math id="M183"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant='script'>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></list-item></list>
<p>There is only one figure shown in the numerical profile for problem 3 which they considered. They calculated the numerical order of convergence using the implicit classical finite difference scheme for &#x003B1; &#x0003D; 0.4, 0.6, and 0.8 and showed that <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> gives the optimal rate of convergence and that other values of &#x003B1; cause some deviation between the theoretical and numerical rates of convergence.</p>
<p>In this study, we have constructed four explicit finite difference methods to solve one of the three problems considered by Stynes et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>]. The first novelty is that such methods were not used before to solve that problem. Second, we compared standard and nonstandard finite difference methods using conformable and Caputo operators with regard to the study of stability and conditions for the following:</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(i) Positivity,</p></list-item>
<list-item><p>(ii) Consistency analysis,</p></list-item>
<list-item><p>(iii) Numerical profiles at some different values of temporal step sizes with spatial step size <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>,</p></list-item>
<list-item><p>(iv) CPU times,</p></list-item>
<list-item><p>(v) Numerical rate of convergence.</p></list-item>
</list>
<p>There are many concluding remarks on this study, as described below. We find that FTCSCO and NSFDCO give issues with the numerical rate of convergence. FTCSCA and NSFDCA are quite reliable methods to solve the problem we considered.</p>
<p>We show that the range of values of the time step size (at a given spatial step size of <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>) for preservation of positivity is almost similar to that for stability for the NSFDCA scheme. The stability analyses of FTCSCA and NSFDCA are not very straightforward as the expressions for the amplification factors are quite complicated.</p>
<p>The organization of this study is briefly explained. In Section 2, the problem chosen is elaborated upon. Section 3 provides background information on conformable and Caputo fractional order derivatives. In Section 4, we derive the FTCSCO scheme, a finite difference scheme employing the conformable derivative. A comprehensive investigation into the stability and consistency analyses of the FTCSCO scheme is conducted. Section 5 introduces the NSFDCO scheme; a nonstandard finite difference scheme utilizing the conformable approximation. A thorough study on the positivity condition and consistency of the NSFDCO scheme is presented. Sections 6, 7 focus on construction of two novel finite difference schemes, incorporating FTCS and Caputo approximations (referred to as FTCSCA), and NSFD combined with Caputo approximations to derive a scheme known to be NSFDCA. In Section 8, we present results and tabulate the numerical rate of convergence in time. Conclusion is provided in Section 9.</p></sec>
<sec id="s2">
<title>2 Considered problem</title>
<p>The homogeneous time-fractional diffusion equation [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>] is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E9">Equation 4</xref> below:</p>
<disp-formula id="E9"><label>(4)</label><mml:math id="M15"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where 0 &#x0003C; &#x003B1; &#x02264; 1, 0 &#x02264; <italic>x</italic> &#x02264; <italic>L</italic>, with boundary conditions given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E10">Equation 5</xref>:</p>
<disp-formula id="E10"><label>(5)</label><mml:math id="M16"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">where&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We note that <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">K</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the diffusion coefficient, <italic>L</italic> is the length of the domain, and &#x003B1; is the fractional order derivative.</p>
<p>In this study, we solve the non-homogeneous time-fractional diffusion equation [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>] given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equation 6</xref>:</p>
<disp-formula id="E11"><label>(6)</label><mml:math id="M18"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>x</italic>&#x02208;[0, &#x003C0;], <italic>t</italic>&#x02208;(0, 1], with the initial condition and boundary conditions given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E12">Equations 7</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="E13">8</xref> respectively:</p>
<disp-formula id="E12"><label>(7)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">sin</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E13"><label>(8)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We chose the spatial step size as <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. The spatial and temporal step sizes are denoted by <italic>h</italic> and <italic>k</italic>, respectively.</p>
<p>We note there is no known exact solution for this problem.</p>
<p>The numerical rate of convergence <italic>R</italic><sub><italic>T</italic></sub> is calculated as [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>]</p>
<disp-formula id="E14"><mml:math id="M22"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and the discrete maximum norm errors given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E15">Equation 9</xref>:</p>
<disp-formula id="E15"><label>(9)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">and&#x02003;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02225;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Luchko [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>] has proved the existence and uniqueness of a classical solution to the PDE</p>
<disp-formula id="E16"><mml:math id="M24"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Stynes et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>] considered the problem in <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equation 6</xref>, where the Caputo derivative is approximated by <italic>L</italic><sub>1</sub> scheme and a classical finite difference operator is used to discretize <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. They derived bounds on the <italic>L</italic><sub>&#x0221E;</sub> error and obtained the <italic>L</italic><sub>&#x0221E;</sub> errors when &#x003B1; &#x0003D; 0.2, 0.4, 0.6, and 0.8.</p>
<p>We should point out here that our numerical simulations were conducted using a Dell computer equipped with a Windows 11 operating system. The system specifications include an Intel Core i5 processor and 256 GB of RAM, with 8 GB of memory.</p></sec>
<sec id="s3">
<title>3 Fractional derivatives</title>
<p>There exist several definitions of fractional derivatives of order &#x003B1;&#x0003E;0, with the most widely used being the Riemann-Liouville (RL), Caputo, and conformable fractional derivatives [cf. [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>]].</p>
<p>Definition 1. The Riemann-Liouville fractional integral is defined as follows by <xref ref-type="disp-formula" rid="E17">Equation 10</xref>:</p>
<disp-formula id="E17"><label>(10)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><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:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;d</mml:mtext><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B1;&#x0003E;0 and <inline-formula><mml:math id="M27"><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;d</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Euler Gamma function [cf. [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]].</p>
<p>Definition 2. The Caputo time-fractional derivative operator of order &#x003B1;&#x0003E;0 (<italic>m</italic>&#x02212;1 &#x0003C; &#x003B1; &#x02264; <italic>m, m</italic>&#x02208;&#x02115;) for a real-valued function <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>) is defined as follows [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] by <xref ref-type="disp-formula" rid="E18">Equation 11</xref>:</p>
<disp-formula id="E18"><label>(11)</label><mml:math id="M28"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Similarly, the Caputo space-fractional derivative operator <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of order &#x003B1;&#x0003E;0 (<italic>m</italic>&#x02212;1 &#x0003C; &#x003B1; &#x02264; <italic>m</italic>), <italic>m</italic>&#x02208;&#x02115; can be defined [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>]. It is worth noting that if <italic>u</italic> is sufficiently smooth [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>], the fractional derivative <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> recovers the typical first-order derivative <italic>u</italic>&#x02032;(<italic>t</italic>) as &#x003B1; &#x02192; 1<sup>&#x02212;</sup> [<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>].</p>
<p>Definition 3. [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>] For a function <italic>g</italic>:[0, &#x0221E;] &#x02192; &#x0211D;, the conformable fractional derivative of <italic>g</italic> of order &#x003B1; is defined by</p>
<disp-formula id="E19"><label>(12)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></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>Fundamental concepts and properties of conformable calculus are detailed in [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>], and it is noteworthy that the conformable derivative is chosen to preserve some classical properties of standard calculus [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. Given that other popular fractional derivatives such as Caputo and Riemann-Liouville lack certain natural properties of derivatives, including product rule, quotient rule, and chain rule, some authors, such as Khalil et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>] and Abdelwajad [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>], motivate the study of the conformable derivative to fill these gaps and maintain some natural properties of derivatives [cf. [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>]].</p>
<p>Abdelwajad [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>] approximated the time-fractional derivative using conformable approximation:</p>
<disp-formula id="E20"><label>(13)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We next prove <xref ref-type="disp-formula" rid="E20">Equation 13</xref>. Using <xref ref-type="disp-formula" rid="E19">Equation 12</xref>, we have <xref ref-type="disp-formula" rid="E21">Equation 14</xref>.</p>
<disp-formula id="E21"><label>(14)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></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>Let <italic>k</italic> &#x0003D; &#x003B7;<italic> t</italic><sup>1&#x02212;&#x003B1;</sup>. This gives <xref ref-type="disp-formula" rid="E22">Equation 15</xref> and the steps involved are shown:</p>
<disp-formula id="E22"><label>(15)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='true'>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy='true'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy='true'>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy='true'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Hence, we can approximate <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> by <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, if we choose to use a forward difference approximation for <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="E20">Equation 13</xref>.</p>
<p>For further study on conformable fractional derivatives, interested readers are referred to the following studies: [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>].</p></sec>
<sec id="s4">
<title>4 Forward time central space scheme using conformable operator (FTCSCO)</title>
<sec>
<title>4.1 Derivation of FTCSCO</title>
<p>We consider <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equation 6</xref>. We first approximate <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> using conformable operator and then use central difference approximations to discretize <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. This gives the following scheme which we term as &#x0201C;Forward in Time Central in Space finite difference method using conformable operator&#x0201D; abbreviated as FTCSCO and described by <xref ref-type="disp-formula" rid="E23">Equation 16</xref>:</p>
<disp-formula id="E23"><label>(16)</label><mml:math id="M42"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></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:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This gives</p>
<disp-formula id="E24"><label>(17)</label><mml:math id="M44"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><xref ref-type="disp-formula" rid="E24">Equation 17</xref> is rewritten as</p>
<disp-formula id="E25"><label>(18)</label><mml:math id="M46"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>4.2 Stability of the FTCSCO scheme</title>
<p>To study the stability of the FTCSCO scheme, we consider <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equation 6</xref> with source term being 0. The scheme we consider is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E26">Equation 19</xref>:</p>
<disp-formula id="E26"><label>(19)</label><mml:math id="M48"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We use the ansatz <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> where &#x003BE; is the amplification factor, &#x003B8; is the wave number, &#x003C9; &#x0003D; &#x003B8;<italic>h</italic>, and <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>]. This gives <xref ref-type="disp-formula" rid="E27">Equation 20</xref></p>
<disp-formula id="E27"><label>(20)</label><mml:math id="M51"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="qopname">cos</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We obtain 3D plots of |&#x003BE;| vs. &#x003C9;&#x02208;[&#x02212;&#x003C0;, &#x003C0;] vs. <italic>x</italic>&#x02208;[0, &#x003C0;] for the 4 cases: &#x003B1; &#x0003D; 0.75, 0.90, 0.95, and 1.0 in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> with <inline-formula><mml:math id="M52"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>3D plot of |&#x003BE;| vs. &#x003C9;&#x02208;[&#x02212;&#x003C0;, &#x003C0;] vs. <italic>x</italic>&#x02208;[0, &#x003C0;] to find range of values of <italic>k</italic> for stability when <inline-formula><mml:math id="M53"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. <bold>(A)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.75, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;8</sup>. <bold>(B)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.75, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(C)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.90, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;8</sup>. <bold>(D)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.90, <italic>k</italic> &#x0003D; 2.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(E)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.95, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;8</sup>. <bold>(F)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.95, <italic>k</italic> &#x0003D; 8.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(G)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 1.0, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;8</sup>. <bold>(H)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 1.0, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-10-1358485-g0001.tif"/>
</fig>


<p>We start with a very small value of <italic>k</italic>, say 10<sup>&#x02212;8</sup> and increase gradually until |&#x003BE;| is no longer less or equal to 1.0. We find the maximum value of <italic>k</italic> for stability. The results are shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>. One can also use the approach of Hindmarsh et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>] to obtain range of <italic>k</italic> for stability of the FTCSCO scheme to solve <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equation 6</xref>.</p>


<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Range of values of <italic>k</italic> for stability when <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> at four different values of &#x003B1; using FTCSCO scheme.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Case</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Value of fractional parameter &#x003B1;</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Interval of <italic>k</italic> for stability</bold>.</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">Case 1</td>
<td valign="top" align="left">0.75</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">Case 2</td>
<td valign="top" align="left">0.90</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 2.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">Case 3</td>
<td valign="top" align="left">0.95</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 8.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">Case 4</td>
<td valign="top" align="left">1.0</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>


<p>We present the results using FTCSCO using <italic>k</italic> close to maximum <italic>k</italic> for stability and a lower value of <italic>k</italic> when <inline-formula><mml:math id="M54"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>.</p>




<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>3D plots of numerical solution vs. <italic>x</italic>&#x02208;[0, &#x003C0;] vs. <italic>t</italic>&#x02208;[0, 1] using FTCSCO scheme at <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. <bold>(A)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.75, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(B)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.75, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(C)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.90, <italic>k</italic> &#x0003D; 2.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(D)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.90, <italic>k</italic> &#x0003D; 2.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;6</sup>. <bold>(E)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.95, <italic>k</italic> &#x0003D; 5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(F)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.95, <italic>k</italic> &#x0003D; 5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;6</sup>. <bold>(G)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 1.0, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(H)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 1.0, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-10-1358485-g0002.tif"/>
</fig>

<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>3D plots of numerical solution vs. <italic>x</italic>&#x02208;[0, &#x003C0;] vs. <italic>t</italic>&#x02208;[0, 1] using NSFDCO scheme. <bold>(A)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.75, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(B)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.75, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(C)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.90, <italic>k</italic> &#x0003D; 5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(D)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.90, <italic>k</italic> &#x0003D; 5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(E)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.95, <italic>k</italic> &#x0003D; 8.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(F)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.95, <italic>k</italic> &#x0003D; 8.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(G)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 1.0, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup>. <bold>(H)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 1.0, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-10-1358485-g0003.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>4.3 Consistency of the FTCSCO scheme</title>
<p>We consider <xref ref-type="disp-formula" rid="E25">Equation 18</xref> and obtain Taylor&#x00027;s series expansion about (<italic>t</italic><sub><italic>n</italic></sub>, <italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub>). This gives</p>
<disp-formula id="E28"><mml:math id="M55"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which gives</p>
<disp-formula id="E29"><label>(21)</label><mml:math id="M56"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>If we multiply both sides of <xref ref-type="disp-formula" rid="E29">Equation 21</xref> by <italic>k</italic><sup>&#x02212;&#x003B1;</sup>, we obtain <xref ref-type="disp-formula" rid="E30">Equation 22</xref></p>
<disp-formula id="E30"><label>(22)</label><mml:math id="M58"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, we therefore rewrite <xref ref-type="disp-formula" rid="E30">Equation 22</xref> as <xref ref-type="disp-formula" rid="E31">Equation 23</xref>:</p>
<disp-formula id="E31"><label>(23)</label><mml:math id="M61"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><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>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></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>Thus, FTCSCO scheme is consistent with the PDE given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equation 6</xref> and is accurate of order (2&#x02212;&#x003B1;) in time and of order 2 in space, respectively.. For &#x003B1; &#x0003D; 0.75, 0.90, 0.95, and 1.0, the theoretical rates of convergence in time of FTCSCO scheme are 1.25, 1.1, 1.05, and 1, respectively.</p></sec>
<sec>
<title>4.4 Numerical results using FTCSCO</title>
<p><xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> illustrates 3D plots of the numerical solution vs. <italic>x</italic> for <italic>t</italic>&#x02208;[0, 1.0] at two values of time step sizes when <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>As we increase &#x003B1;, the peak of the numerical solution decreases. The profiles are different when &#x003B1; changes.</p>
<p>In the following section, we present a nonstandard finite difference scheme employing conformable derivatives. We tabulate the numerical rate of convergence in <xref ref-type="table" rid="T2">Tables 2</xref>&#x02013;<xref ref-type="table" rid="T5">5</xref>. To ensure stability, we varied the value of <italic>k</italic> around the maximum for stability and opted for a lower value of <italic>k</italic> when <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>Numerical rate of convergence in time for the four schemes using &#x003B1; &#x0003D; <bold>0.75</bold> at time <bold>1.0</bold>.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Time step (<italic>k</italic>)</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Value of &#x003B5;<sub><italic>k</italic></sub></bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Numerical rate of convergence in time (FTCSCO)</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.460912 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2.5 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.255425 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.218693</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.075254 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.223497</td>
</tr> <tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<td valign="top" align="left"><bold>Time step (</bold><italic><bold>k</bold></italic><bold>)</bold></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Value of</bold> &#x003B5;<sub><italic>k</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Numerical rate of convergence in time (NSFDCO)</bold></td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.419285 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2.5 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.219344 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.2190597</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.044096 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.2238504</td>
</tr>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<td valign="top" align="left"><bold>Time step (</bold><italic><bold>k</bold></italic><bold>)</bold></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Value of</bold> &#x003B5;<sub><italic>k</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Numerical rate of convergence in time (FTCSCA)</bold></td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap position="float" id="T3">
<label>Table 3</label>
<caption><p>Numerical rate of convergence in time for the four schemes using &#x003B1; &#x0003D; 0.90 at time 1.0.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Time step (<italic>k</italic>)</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Value of &#x003B5;<sub><italic>k</italic></sub></bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Numerical rate of convergence in time (FTCSCO)</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.602861 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2.5 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.549841 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.048529</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.495561 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.051434</td>
</tr> <tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<td valign="top" align="left"><bold>Time step (</bold><italic><bold>k</bold></italic><bold>)</bold></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Value of</bold> &#x003B5;<sub><italic>k</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Numerical rate of convergence in time (NSFDCO)</bold></td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.566740 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2.5 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.514415 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.049005</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.460798 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;2</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.052004</td>
</tr> <tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<td valign="top" align="left"><bold>Time step (</bold><italic><bold>k</bold></italic><bold>)</bold></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Value of</bold> &#x003B5;<sub><italic>k</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Numerical rate of convergence in time (FTCSCA)</bold></td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2.5 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.902791 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">9.711961 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.970282</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">6.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">4.948724 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.972706</td>
</tr> <tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<td valign="top" align="left"><bold>Time step (</bold><italic><bold>k</bold></italic><bold>)</bold></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Value of</bold> &#x003B5;<sub><italic>k</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Numerical rate of convergence in time (NSFDCA)</bold></td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2.5 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.568253 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">8.036684 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.964486</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">6.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">4.109778 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.967540</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap position="float" id="T4">
<label>Table 4</label>
<caption><p>Numerical rate of convergence in time for the four schemes using &#x003B1; &#x0003D; <bold>0.95</bold> at time <bold>1.0</bold>.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Time step (<italic>k</italic>)</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Value of &#x003B5;<sub><italic>k</italic></sub></bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Numerical rate of convergence in time (FTCSCO)</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">9.301334 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2.5 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">9.243480 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.009002</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">9.182398 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.0095652</td>
</tr> <tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<td valign="top" align="left"><bold>Time step (</bold><italic><bold>k</bold></italic><bold>)</bold></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Value of</bold> &#x003B5;<sub><italic>k</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Numerical rate of convergence in time (NSFDCO)</bold></td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">9.126345 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2.5 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">9.070112 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.0089168</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">9.009024 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.0097495</td>
</tr> <tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<td valign="top" align="left"><bold>Time step (</bold><italic><bold>k</bold></italic><bold>)</bold></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Value of</bold> &#x003B5;<sub><italic>k</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Numerical rate of convergence in time (FTCSCA)</bold></td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2.5 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.676281 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">8.529786 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.974683</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">6.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">4.336865 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.975857</td>
</tr> <tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<td valign="top" align="left"><bold>Time step (</bold><italic><bold>k</bold></italic><bold>)</bold></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Value of</bold> &#x003B5;<sub><italic>k</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left"><bold>Numerical rate of convergence in time (NSFDCA)</bold></td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2.5 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.342722 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">&#x02212;</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">6.860288 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.968819</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">6.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">3.501196 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.970422</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap position="float" id="T5">
<label>Table 5</label>
<caption><p>Tabulation comparing the numerical schemes&#x00027; CPU time at maximum possible value of <italic>k</italic> with <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Methods</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Values of &#x003B1;</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Values of <italic>k</italic> used</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>CPU time in seconds</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.75</td>
<td valign="top" align="left">1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">1.005395</td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.90</td>
<td valign="top" align="left">5.70 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.691415</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">FTCSCO</td>
<td valign="top" align="left">0.95</td>
<td valign="top" align="left">8.00 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.482748</td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">1.0</td>
<td valign="top" align="left">1.20 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.462948</td>
</tr> <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.75</td>
<td valign="top" align="left">1.20 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.07226</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">NSFDCO</td>
<td valign="top" align="left">0.90</td>
<td valign="top" align="left">5.20 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.079250</td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.95</td>
<td valign="top" align="left">8.00 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.083445</td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">1.0</td>
<td valign="top" align="left">1.14 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.021394</td>
</tr> <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.75</td>
<td valign="top" align="left">1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">634.464881</td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.90</td>
<td valign="top" align="left">5.50 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">21.099736</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">FTCSCA</td>
<td valign="top" align="left">0.95</td>
<td valign="top" align="left">8.40 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">8.385330</td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">1.0</td>
<td valign="top" align="left">1.20 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.293575</td>
</tr> <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.75</td>
<td valign="top" align="left">1.20 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">912.419123</td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.90</td>
<td valign="top" align="left">5.00 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">24.960356</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">NSFDCA</td>
<td valign="top" align="left">0.95</td>
<td valign="top" align="left">8.50 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="left">8.017095</td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">1.0</td>
<td valign="top" align="left">1.20 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup></td>
<td valign="top" align="left">0.238868</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>

</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Nonstandard finite difference scheme using conformable operator (NSFDCO)</title>
<p>Mickens is the architect of nonstandard finite difference methods, and the rules for the construction of these methods are given in [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. We construct a new scheme denoted as NSFDCO scheme. We first approximate the fractional derivative using conformable operators, and then, nonstandard finite difference approximations are used to approximate the derivatives. The NSFDCO scheme is given by</p>
<disp-formula id="E32"><label>(24)</label><mml:math id="M65"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003D5;(<italic>k</italic>) &#x0003D; <italic>e</italic><sup><italic>k</italic></sup>&#x02212;1 and &#x003C8;(<italic>h</italic>) &#x0003D; 1&#x02212;<italic>e</italic><sup>&#x02212;<italic>h</italic></sup>.</p>
<p>By multiplying <xref ref-type="disp-formula" rid="E32">Equation 24</xref> by &#x003D5;(<italic>k</italic>)&#x000B7;<italic>k</italic><sup>&#x003B1;&#x02212;1</sup>, we obtain <xref ref-type="disp-formula" rid="E33">Equation 25</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="E34">Equation 26</xref></p>
<disp-formula id="E33"><label>(25)</label><mml:math id="M66"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></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:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E34"><label>(26)</label><mml:math id="M67"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></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:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<sec>
<title>5.1 Positivity condition of the NSFDCO scheme</title>
<p>We choose <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. The range of <italic>k</italic> for NSFDCO to preserve positivity of solution of the continuous model must satisfy the inequality given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E35">Equation 27</xref>:</p>
<disp-formula id="E35"><label>(27)</label><mml:math id="M72"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003D5;(<italic>k</italic>) &#x0003D; <italic>e</italic><sup><italic>k</italic></sup>&#x02212;1 and <italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub>&#x02208;[0, &#x003C0;].</p>
<p><xref ref-type="table" rid="T6">Table 6</xref> gives the range of values of <italic>k</italic> for which NSFDCO preserves positivity of solution of the continuous model when <italic>h</italic> is chosen as <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<table-wrap position="float" id="T6">
<label>Table 6</label>
<caption><p>Range of values of <italic>k</italic> for NSFDCO to be positivity preserving.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Case</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>The fractional parameter &#x003B1;</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Range of <italic>k</italic> for scheme to be positivity preserving when <inline-formula><mml:math id="M113"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">Case 1</td>
<td valign="top" align="left">0.75</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 1.20 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">Case 2</td>
<td valign="top" align="left">0.90</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 5.40 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">Case 3</td>
<td valign="top" align="left">0.95</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 8.00 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Case 4</td>
<td valign="top" align="left">1.0</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 1.14 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup>]</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>


<p>We note that for NSFD-based methods, the condition(s) for positivity is/are, in general, similar to condition(s) for stability [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>].</p></sec>
<sec>
<title>5.2 Numerical results using NSFDCO</title>
<p>Since the numerical rate of convergence using FTCSCO and NSFDCO is not close to the theoretical rate of convergence for &#x003B1; &#x0003D; 0.75, 0.90, and 0.95 as depicted in <xref ref-type="table" rid="T2">Tables 2</xref>&#x02013;<xref ref-type="table" rid="T4">4</xref>, we propose to construct other methods where fractional derivative are approximated by Caputo operators. We propose to construct FTCSCA and NSFDCA. FTCSCA is obtained by approximating fractional derivative using Caputo operators, and then, forward difference approximation is used for approximating <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and a central difference approximation is used for <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<title>6 Forward time central space scheme using caputo operator (FTCSCA)</title>
<sec>
<title>6.1 Derivation of FTCSCA</title>
<p>To numerically solve <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equation 6</xref>, we use an explicit forward in time and central in space finite difference scheme. We first approximate the time-fractional derivative using Caputo operators and then use forward difference approximations for <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and second-order central difference approximations for <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Murio [<xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>] derived an implicit scheme for a time-fractional diffusion equation. He approximated <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> at the point (<italic>t</italic><sub><italic>n</italic></sub>, <italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub>) as follows:</p>
<disp-formula id="E36"><mml:math id="M81"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x00398;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mi>&#x00398;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>After some mathematical steps, it can be shown that [<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>]</p>
<disp-formula id="E37"><mml:math id="M82"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Appadu and Kelil [<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>] approximated <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> in a different way to Murio [<xref ref-type="bibr" rid="B51">51</xref>], and they obtained an explicit scheme in doing so. The authors in [<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>] approximated <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> as described briefly below.</p>
<disp-formula id="E38"><mml:math id="M85"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x00398;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>After some steps, they obtained [<xref ref-type="bibr" rid="B52">52</xref>]</p>
<disp-formula id="E39"><label>(28)</label><mml:math id="M86"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Using <xref ref-type="disp-formula" rid="E39">Equation 28</xref>, FTCSCA when used to discretize <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equation 6</xref> is given by</p>
<disp-formula id="E40"><label>(29)</label><mml:math id="M87"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Multiplying <xref ref-type="disp-formula" rid="E40">Equation 29</xref> by <italic>k</italic><sup>&#x003B1;</sup> &#x00393;(2&#x02212;&#x003B1;) gives</p>
<disp-formula id="E41"><label>(30)</label><mml:math id="M90"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><xref ref-type="disp-formula" rid="E41">Equation 30</xref> can be rewritten as</p>
<disp-formula id="E42"><label>(31)</label><mml:math id="M92"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Remark 1. For the case &#x003B1; &#x0003D; 1.0, we obtain the scheme given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E43">Equation 32</xref>:</p>
<disp-formula id="E43"><label>(32)</label><mml:math id="M94"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>6.2 Stability of FTCSCA scheme</title>
<p>To study the stability, we consider the following scheme given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E44">Equation 33</xref>:</p>
<disp-formula id="E44"><label>(33)</label><mml:math id="M97"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We substitute <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> by &#x003BE;<sup><italic>n</italic></sup><italic>e</italic><sup><italic>I&#x003B8;ih</italic></sup> or &#x003BE;<sup><italic>n</italic></sup><italic>e</italic><sup><italic>Ii&#x003C9;</italic></sup>, where &#x003C9; &#x0003D; &#x003B8;<italic>h</italic>, to obtain</p>
<disp-formula id="E45"><label>(34)</label><mml:math id="M100"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Dividing <xref ref-type="disp-formula" rid="E45">Equation 34</xref> by <italic>e</italic><sup><italic>Ii&#x003C9;</italic></sup>, we obtain</p>
<disp-formula id="E46"><label>(35)</label><mml:math id="M102"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>On fixing <italic>n</italic> &#x0003D; 3 in <xref ref-type="disp-formula" rid="E46">Equation 35</xref>, we get <xref ref-type="disp-formula" rid="E47">Equation 36</xref>:</p>
<disp-formula id="E47"><label>(36)</label><mml:math id="M104"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><bold>Case 1:</bold> We choose <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and &#x003B1; &#x0003D; 0.75 and obtain solutions for the amplification factor when <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>We have four solutions for &#x003BE; say &#x003BE;<sub>1</sub>, &#x003BE;<sub>2</sub>, &#x003BE;<sub>3</sub>, and &#x003BE;<sub>4</sub> when <italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; 0. We then obtain 3D plots of |&#x003BE;<sub>1</sub>| vs. <italic>k</italic> vs. &#x003C9;&#x02208;[&#x02212;&#x003C0;, &#x003C0;] and find range of <italic>k</italic> such that |&#x003BE;<sub>1</sub>| &#x02264; 1.</p>
<p>We repeat the process with |&#x003BE;<sub>2</sub>|, |&#x003BE;<sub>3</sub>|, and |&#x003BE;<sub>4</sub>|. For stability, we need |&#x003BE;<sub>1</sub>| &#x02264; 1, |&#x003BE;<sub>2</sub>| &#x02264; 1, |&#x003BE;<sub>3</sub>| &#x02264; 1, |&#x003BE;<sub>4</sub>| &#x02264; 1 and in that situation, we need 0 &#x0003C; <italic>k</italic> &#x02264; 0.000134.</p>
<p>We then change the value of <italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub> and repeat the same steps. We still obtain 0 &#x0003C; <italic>k</italic> &#x02264; 0.000134 for stability.</p>
<p>For the cases 2, 3, and 4, we change the value of the fractional parameter &#x003B1; and repeat the steps as done for Case 1 to obtain the range of <italic>k</italic> for stability.</p>
<p>We would like to point out that we could not work with a larger <italic>n</italic> as this cause the solution for the amplification factor to be too complicated and long. Moreover, Maple in that situation is not able to give explicit solutions for &#x003BE; when <italic>n</italic>&#x0003E;3.</p></sec>
<sec>
<title>6.3 Consistency of FTCSCA</title>
<p>We now rewrite the scheme in <xref ref-type="disp-formula" rid="E42">Equation 31</xref> as</p>
<disp-formula id="E48"><label>(37)</label><mml:math id="M108"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Expanding <xref ref-type="disp-formula" rid="E48">Equation 37</xref> using Taylor series expansion</p>
<disp-formula id="E49"><label>(38)</label><mml:math id="M110"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We simplify <xref ref-type="disp-formula" rid="E49">Equation 38</xref> to get <xref ref-type="disp-formula" rid="E50">Equation 39</xref>:</p>
<disp-formula id="E50"><label>(39)</label><mml:math id="M111"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>19</mml:mn><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Further simplification gives</p>
<disp-formula id="E51"><label>(40)</label><mml:math id="M114"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>5</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Dividing <xref ref-type="disp-formula" rid="E51">Equation 40</xref> by &#x00393;(2&#x02212;&#x003B1;)<italic>k</italic><sup>&#x003B1;</sup> to get <xref ref-type="disp-formula" rid="E52">Equation 41</xref>:</p>
<disp-formula id="E52"><label>(41)</label><mml:math id="M116"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Thus, the scheme is accurate of order 2 in space and of order (2&#x02212;&#x003B1;) in time. We display profiles in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>3D plots of numerical solution vs. <italic>x</italic>&#x02208;[0, &#x003C0;] vs. <italic>t</italic>&#x02208;[0, 1] at <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> using FTCSCA. <bold>(A)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.75, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(B)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.75, <italic>k</italic> &#x0003D; 5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(C)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.90, <italic>k</italic> &#x0003D; 5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(D)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.90, <italic>k</italic> &#x0003D; 5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(E)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.95, <italic>k</italic> &#x0003D; 8.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(F)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.95, <italic>k</italic> &#x0003D; 8.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(G)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 1.0, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup>. <bold>(H)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 1.0, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-10-1358485-g0004.tif"/>
</fig>

</sec>
<sec>
<title>6.4 Numerical results using FTCSCA</title>
<p>The rate of convergence in time for FTCSCA displayed in <xref ref-type="table" rid="T2">Tables 2</xref>&#x02013;<xref ref-type="table" rid="T4">4</xref> (for &#x003B1; &#x0003D; 0.75. 0, 90, and 0.95 ) are close to the theoretical rate of convergence, hence a major advantage of FTCSCA over FTCSCO and NSFDCO. We therefore construct NSFDCA with hope that its numerical rate of convergence will also be close to theoretical one and that it will be easy to obtain condition for scheme to be positivity preserving as it is constructed using some nonstandard finite difference techniques.</p></sec></sec>
<sec id="s7">
<title>7 Nonstandard finite difference scheme using caputo operator (NSFDCA)</title>
<sec>
<title>7.1 Derivation of NSFDCA</title>
<p>We derive the nonstandard finite difference scheme where the fractional derivative is approximated by Caputo&#x00027;s operator, and then, nonstandard finite difference techniques are used to approximate <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>We first obtain an approximation for <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="E53">Equation 42</xref>.</p>
<p>NSFDCA when used to discretize <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equation 6</xref> is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E54">Equation 43</xref></p>
<disp-formula id="E53"><label>(42)</label><mml:math id="M122"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;where&#x02003;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x00398;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x00398;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x00398;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><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>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x00025;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x00398;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02243;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E54"><label>(43)</label><mml:math id="M123"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003D5;(<italic>k</italic>) &#x0003D; <italic>e</italic><sup><italic>k</italic></sup>&#x02212;1 and &#x003C8;(<italic>h</italic>) &#x0003D; 1&#x02212;<italic>e</italic><sup>&#x02212;<italic>h</italic></sup>. Using <xref ref-type="disp-formula" rid="E54">Equation 43</xref>, we get <xref ref-type="disp-formula" rid="E55">Equation 44</xref></p>
<disp-formula id="E55"><label>(44)</label><mml:math id="M126"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Remark 2. For &#x003B1; &#x0003D; 1.0, we obtain the scheme as</p>
<disp-formula id="E56"><label>(45)</label><mml:math id="M127"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>7.2 Stability of NSFDCA scheme</title>
<p>To study the stability, we consider the following scheme given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E57">Equation 46</xref>:</p>
<disp-formula id="E57"><label>(46)</label><mml:math id="M130"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We substitute <inline-formula><mml:math id="M132"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> by &#x003BE;<sup><italic>n</italic></sup><italic>e</italic><sup><italic>I&#x003B8;ih</italic></sup> or &#x003BE;<sup><italic>n</italic></sup><italic>e</italic><sup><italic>Ii&#x003C9;</italic></sup>, where &#x003C9; &#x0003D; &#x003B8;<italic>h</italic>, to obtain <xref ref-type="disp-formula" rid="E58">Equation 47</xref>:</p>
<disp-formula id="E58"><label>(47)</label><mml:math id="M133"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Dividing <xref ref-type="disp-formula" rid="E58">Equation 47</xref> by <italic>e</italic><sup><italic>Ii&#x003C9;</italic></sup>, we obtain</p>
<disp-formula id="E59"><label>(48)</label><mml:math id="M135"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><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>2</mml:mn><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>On fixing <italic>n</italic> &#x0003D; 3 in <xref ref-type="disp-formula" rid="E59">Equation 48</xref>, we <xref ref-type="disp-formula" rid="E60">Equation 49</xref></p>
<disp-formula id="E60"><label>(49)</label><mml:math id="M136"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><bold>Case 1</bold>: We choose <inline-formula><mml:math id="M139"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and &#x003B1; &#x0003D; 0.75 and obtain solutions for the amplification factor when <inline-formula><mml:math id="M140"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> We have 4 solutions for &#x003BE;, say &#x003BE;<sub>1</sub>, &#x003BE;<sub>2</sub>, &#x003BE;<sub>3</sub>, &#x003BE;<sub>4</sub> when <italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; 0.</p>
<p>We then obtain 3D plots of |&#x003BE;<sub>1</sub>| vs. <italic>k</italic> vs. &#x003C9;&#x02208;[&#x02212;&#x003C0;, &#x003C0;] and find the range of <italic>k</italic> such that |&#x003BE;<sub>1</sub>| &#x02264; 1. We repeat the process with |&#x003BE;<sub>2</sub>|, |&#x003BE;<sub>3</sub>|, |&#x003BE;<sub>4</sub>|.</p>
<p>For stability, we need |&#x003BE;<sub>1</sub>| &#x02264; 1, |&#x003BE;<sub>3</sub>| &#x02264; 1 , |&#x003BE;<sub>4</sub>| &#x02264; 1 and for case 1, we have 10<sup>&#x02212;7</sup>&#x0003C;<italic>k</italic> &#x02264; 1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>.</p>
<p>We then change the values of <italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub> and repeat the steps. We find that the range of vlaues of <italic>k</italic> for stability is unchanged; that is, 10<sup>&#x02212;7</sup>&#x0003C;<italic>k</italic> &#x02264; 1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>.</p>
<p><bold>Cases 2 and 3</bold>:</p>
<p>For these cases, we change the values of the fractional parameter and repeat the required steps to obtain range of values of <italic>k</italic> when <inline-formula><mml:math id="M141"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> for &#x003B1; &#x0003D; 0.90 and 0.95.</p>
<p>For case 4, we use scheme given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E56">Equation 45</xref> and obtain range of values of <italic>k</italic> for stability.</p>
<p>The results are summarized in <xref ref-type="table" rid="T7">Table 7</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T7">
<label>Table 7</label>
<caption><p>Range of values of <italic>k</italic> for stability for the NSFDCA scheme at some fixed values of &#x003B1; when <inline-formula><mml:math id="M146"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Value of &#x003B1;</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Range of value of <italic>k</italic> for which NSFDCA is stable when <inline-formula><mml:math id="M147"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.75</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(10<sup>&#x02212;7</sup>, 1.25 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">0.90</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(10<sup>&#x02212;7</sup>, 5.60 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">0.95</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(10<sup>&#x02212;7</sup>, 8.60 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">1.0</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 1.20 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup>]</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>

</sec>
<sec>
<title>7.3 Condition for positivity preserving</title>
<p>We consider the NSFDCA scheme, which is given by</p>
<disp-formula id="E61"><label>(50)</label><mml:math id="M142"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</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:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><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:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><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:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We express</p>
<disp-formula id="E62"><label>(51)</label><mml:math id="M144"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>...</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></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>Using <xref ref-type="disp-formula" rid="E62">Equation 51</xref>, we rewrite <xref ref-type="disp-formula" rid="E61">Equation 50</xref> as</p>
<p>We rewrite</p>
<disp-formula id="E63"><mml:math id="M150"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>as</mml:mtext><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Hence, the NSFDCA scheme from <xref ref-type="disp-formula" rid="E61">Equation 50</xref> can be rewritten as</p>
<disp-formula id="E64"><label>(52)</label><mml:math id="M152"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</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:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><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:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><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:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></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:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></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>From <xref ref-type="disp-formula" rid="E64">Equation 52</xref>, we find that the coefficients of <inline-formula><mml:math id="M154"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M155"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M156"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M157"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, &#x022EF;&#x000A0;, <inline-formula><mml:math id="M158"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> along with the expressions <inline-formula><mml:math id="M159"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x00393;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M160"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x00393;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> are non-negative, using Maple software.</p>
<p>Hence, we require</p>
<disp-formula id="E65"><mml:math id="M161"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x00393;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x00393;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for the scheme to be positivity preserving. <xref ref-type="table" rid="T8">Table 8</xref> gives range of values of <italic>k</italic> for scheme to be positivity preserving.</p>
<table-wrap position="float" id="T8">
<label>Table 8</label>
<caption><p>Range of values of <italic>k</italic> for stability for the NSFDCA scheme at some fixed values of &#x003B1; when <inline-formula><mml:math id="M148"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Value of &#x003B1;</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Range of value of <italic>k</italic> for which NSFDCA is stable when <inline-formula><mml:math id="M149"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.75</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(10<sup>&#x02212;7</sup>, 1.05 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">0.90</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(10<sup>&#x02212;7</sup>, 5.40 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">0.95</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(10<sup>&#x02212;7</sup>, 8.20 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">1.0</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 1.20 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup>]</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>

</sec>
<sec>
<title>7.4 Consistency of NSFDCA</title>
<p>To check the consistency of the NSFDCA scheme (<xref ref-type="disp-formula" rid="E56">Equation 45</xref>), we first need to rewrite the scheme as <xref ref-type="disp-formula" rid="E66">Equation 53</xref>:</p>
<disp-formula id="E66"><label>(53)</label><mml:math id="M163"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We can express this scheme as</p>
<disp-formula id="E67"><label>(54)</label><mml:math id="M165"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By expanding <xref ref-type="disp-formula" rid="E67">Equation 54</xref> using Taylor series, we obtain</p>
<disp-formula id="E68"><label>(55)</label><mml:math id="M167"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We simplify <xref ref-type="disp-formula" rid="E68">Equation 55</xref> using the approximations &#x003C8;(<italic>h</italic>) &#x0003D; 1&#x02212;<italic>e</italic><sup>&#x02212;<italic>h</italic></sup>&#x02248;<italic>h</italic> for small <italic>h</italic>, while retaining the function &#x003D5;(<italic>k</italic>) &#x0003D; <italic>e</italic><sup><italic>k</italic></sup>&#x02212;1&#x02248;<italic>k</italic>, which yields <xref ref-type="disp-formula" rid="E69">Equation 56</xref> shown below:</p>
<disp-formula id="E69"><label>(56)</label><mml:math id="M169"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>19</mml:mn><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>......</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Further simplification gives</p>
<disp-formula id="E70"><label>(57)</label><mml:math id="M171"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>5</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>...</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Dividing <xref ref-type="disp-formula" rid="E70">Equation 57</xref> by &#x00393;(2&#x02212;&#x003B1;)<italic>k</italic><sup>&#x003B1;&#x02212;1</sup>&#x003D5;(<italic>k</italic>), we obtain <xref ref-type="disp-formula" rid="E71">Equation 58</xref></p>
<disp-formula id="E71"><label>(58)</label><mml:math id="M173"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula><p>Thus, the NSFDCA scheme is accurate of order 2 in space and of order (2&#x02212;&#x003B1;) in time. We also point out that the idea to prove consistency for both Caputo-based schemes shares a similar approach.</p></sec>
<sec>
<title>7.5 Numerical results using NSFDCA</title>
<p>The results using NSFDCA are displayed in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>.</p>


<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>3D plots of numerical solution using NSFDCA vs. <italic>x</italic>&#x02208;[0, &#x003C0;] vs. <italic>t</italic>&#x02208;[0, 1] with <inline-formula><mml:math id="M162"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. <bold>(A)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.75, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(B)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.75, <italic>k</italic> &#x0003D; 5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(C)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.90, <italic>k</italic> &#x0003D; 5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(D)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.90, <italic>k</italic> &#x0003D; 5.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(E)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.95, <italic>k</italic> &#x0003D; 8.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(F)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 0.95, <italic>k</italic> &#x0003D; 8.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;5</sup>. <bold>(G)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 1.0, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup>. <bold>(H)</bold> &#x003B1; &#x0003D; 1.0, <italic>k</italic> &#x0003D; 1.0 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-10-1358485-g0005.tif"/>
</fig>

</sec></sec>
<sec id="s8">
<title>8 Numerical rate of convergence for the four schemes.</title>
<sec>
<title>8.1 Discussion of results</title>
<p><xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref> present 3D plots of of numerical solutions using FTCSCO, NSFDCO, FTCSCA, and NSFDCA schemes. These figures illustrate the variations across the spatial domain <italic>x</italic>&#x02208;[0, &#x003C0;] and time interval, namely, <italic>t</italic>&#x02208;[0, 1], respectively.</p>
<p><xref ref-type="table" rid="T1">Tables 1</xref>, <xref ref-type="table" rid="T6">6</xref>, <xref ref-type="table" rid="T7">7</xref>, and <xref ref-type="table" rid="T9">9</xref> gives the range of values of <italic>k</italic> for stability using FTCSCO, NSFDCO, FTCSCA, and NSFDCA schemes when <inline-formula><mml:math id="M175"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<table-wrap position="float" id="T9">
<label>Table 9</label>
<caption><p>Range of values of <italic>k</italic> for stability of FTCSCA when <inline-formula><mml:math id="M176"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> at four different values of &#x003B1;.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Value of &#x003B1;</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Range of value of <italic>k</italic> for which FTCSCA is stable when <inline-formula><mml:math id="M177"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.75</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 1.34 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">0.90</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 5.85 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">0.95</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 8.60 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;4</sup>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">1.0</td>
<td valign="top" align="left"><italic>k</italic>&#x02208;(0, 1.20 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;3</sup>]</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>


<p>Remark 3. We note that for &#x003B1; &#x0003D; 0.75, the FTCSCO and NSFDCO methods exhibit remarkably similar convergence rates, affirming the robustness of these approaches. However, the FTCSCA and NSFDCA methods demand significantly more computational time to determine the temporal rate of convergence at &#x003B1; &#x0003D; 0.75 and <italic>t</italic> &#x0003D; 1.0. This heightened computational requirement likely stems from the intricate summative expressions employed to approximate the Caputo fractional derivative in both the FTCSCA and NSFDCA schemes.</p>
<p><xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref> shows the temporal numerical rate of convergence obtained from the four numerical methods using <inline-formula><mml:math id="M178"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and &#x003B1; &#x0003D; 0.90, whereas <xref ref-type="table" rid="T4">Table 4</xref> illustrates the numerical rate of convergence when &#x003B1; &#x0003D; 0.95.</p>
<p><xref ref-type="table" rid="T5">Table 5</xref> presents a comparison of computational times at the maximum value of <italic>k</italic> for stability with a step size of <inline-formula><mml:math id="M179"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. It is pertinent to note that in each scenario, the iteration count is precisely maintained as an integer.</p>
<p>Our findings indicate a markedly quicker computational performance of the NSFDCO scheme in comparison with the FTCSCO, under identical conditions of <italic>k</italic> and <italic>h</italic>. The NSFDCA and FTCSCA schemes demonstrate approximately equivalent CPU times for the same parameter configurations.</p>
<p>Furthermore, the analysis conducted on the numerical rate of convergence reveals a closely matched performance between the FTCSCO and NSFDCO schemes, a pattern that is echoed in the comparison between NSFDCA and FTCSCA.</p></sec></sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s9">
<title>9 Conclusion</title>
<p>In this study, we have constructed four methods, namely, FTCSCO, FTCSCA, NSFDCO, and NSFDCA, to solve a time-fractional diffusion partial differential equation with specified initial and boundary conditions, and considered five different values for the fractional parameter. Analyses of stability and consistency of the methods were done, and CPU times were computed. Numerical profiles vs. <italic>x</italic> vs. <italic>t</italic> were displayed. The numerical results obtained from these different schemes provide valuable insights into their performance and convergence behavior.</p>
<p>From the analysis of NSFDCO, we conclude that it offers an easily obtainable condition for positivity with significantly lower CPU time compared to FTCSCO. While both schemes exhibit similar profiles, for smaller coefficients of <italic>U</italic><sub><italic>xx</italic></sub>, FTCSCO may introduce dispersive oscillations and potential blow-up.</p>
<p>FTCSCA, utilizing previous time levels Caputo operator, provides a more accurate representation of non-local and history-dependent diffusion processes. Although stability is somehow not easy, with <italic>n</italic> &#x0003D; 3, we identified an approximate stability range for <italic>k</italic> at <inline-formula><mml:math id="M180"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. However, due to the complexity of &#x003BE;, explicit solution beyond <italic>n</italic> &#x0003D; 3 remains elusive. That is, it is not possible to use <italic>n</italic>&#x0003E;3 due to &#x003BE; being very complex and long expression for &#x003BE; and Maple cannot solve explicitly for &#x003BE;.</p>
<p>NSFDCA, focusing on stability and preserving the positivity of solutions, demonstrates comparable CPU times to FTCSCA for &#x003B1; close to 1.0. It is anticipated to exhibit less susceptibility to non-physical oscillations than FTCSCA, particularly for small coefficients of dissipation and stiff problems.</p>
<p>We note that dispersion analysis of explicit finite difference methods discretizing fractional partial differential equations using conformable and Caputo approximations is not straightforward as conformable approximation involves an approximation and hence a source of error. Moreover, the amplification factor gets very complicated when we construct an explicit FDM with Caputo approximation.</p>
<p>In our future study, we will delve into scenarios involving coefficients of dissipation much smaller than 1, obtaining solution for which intila profiles is still, pattern formations in coral reefs, and employing alternative operators to approximate fractional derivatives. These endeavors aim to further enhance our understanding and application of fractional diffusion schemes in diverse scientific contexts.</p></sec>
<sec sec-type="data-availability" id="s10">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s11">
<title>Author contributions</title>
<p>AA: Conceptualization, Data curation, Formal analysis, Investigation, Methodology, Project administration, Resources, Software, Supervision, Validation, Visualization, Writing &#x02013; original draft, Writing &#x02013; review &#x00026; editing. AK: Data curation, Formal analysis, Investigation, Methodology, Resources, Software, Visualization, Writing &#x02013; original draft, Writing &#x02013; review &#x00026; editing. NN: Data curation, Formal analysis, Investigation, Methodology, Resources, Software, Visualization, Writing &#x02013; original draft, Writing &#x02013; review &#x00026; editing.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="funding-information" id="s12">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article. AA is grateful to Nelson Mandela University, where the study was carried out. AK is grateful for postdoctoral research funding from NRF scarce skills fellowship under grant number 138521. NN is grateful to the department of Mathematics for partially funding his tuition fees at Nelson Mandela University in 2023.</p>
</sec>
<ack><p>The authors are very grateful to the few reviewers for providing constructive feedback which enabled them to significantly improve the initial version of this study.</p>
</ack>
<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="s13">
<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="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Podlubny</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <source>Fractional Differential Equations: An Introduction to Fractional Derivatives, Fractional Differential Equations, to Methods of Their Solution and Some of Their Applications</source>. <publisher-loc>San Diego, CA</publisher-loc>: <publisher-name>Academic Press</publisher-name> (<year>1998</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Miller</surname> <given-names>KS</given-names></name> <name><surname>Ross</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <source>An Introduction to the Fractional Calculus and Fractional Differential Equations</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley and Sons</publisher-name>(<year>1993</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Oldham</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Spanier</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <source>The Fractional Calculus Theory and Applications of Differentiation and Integration to Arbitrary Order</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Academic Press</publisher-name> (<year>1974</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Eriqat</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Oqielat</surname> <given-names>MN</given-names></name> <name><surname>Al-Zhour</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Khammash</surname> <given-names>GS</given-names></name> <name><surname>El-Ajou</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Alrabaiah</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Exact and numerical solutions of higher-order fractional partial differential equations: a new analytical method and some applications</article-title>. <source>Pramana</source>. (<year>2022</year>) <volume>96</volume>:<fpage>207</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12043-022-02446-4</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Podlubny</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <source>Fractional Differential Equations, Mathematics in Science and Engineering</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Academic Press</publisher-name> (<year>1999</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Caputo</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Linear models of dissipation whose Q is almost frequency independent&#x02014;II</article-title>. <source>Geophys J Int</source>. (<year>1967</year>) <volume>13</volume>:<fpage>529</fpage>&#x02013;<lpage>39</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/j.1365-246X.1967.tb02303.x</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hashan</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Jahan</surname> <given-names>LN</given-names></name> <name><surname>Imtiaz</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Hossain</surname> <given-names>ME</given-names></name></person-group>. <article-title>Modelling of fluid flow through porous media using memory approach: a review</article-title>. <source>Math Comput Simul</source>. (<year>2020</year>) <volume>177</volume>:<fpage>643</fpage>&#x02013;<lpage>73</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.matcom.2020.05.026</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mainardi</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <source>Fractional Calculus and Waves in Linear Viscoelasticity: An Introduction to Mathematical Models</source>. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>World Scientific Publishing Europe Ltd.</publisher-name> (<year>2022</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Awadalla</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Alahmadi</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Cheneke</surname> <given-names>KR</given-names></name> <name><surname>Qureshi</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional optimal control model and bifurcation analysis of human syncytial respiratory virus transmission dynamics</article-title>. <source>Fract Fract</source>. (<year>2024</year>) <volume>8</volume>:<fpage>44</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/fractalfract8010044</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shaikh</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Qureshi</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Comparative analysis of Riemann-liouville, Caputo-fabrizio, and Atangana-Baleanu integrals</article-title>. <source>J Appl Math Comp Mech</source>. (<year>2022</year>) <volume>21</volume>:<fpage>8</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.17512/jamcm.2022.1.08</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Hastings</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical analysis of coral reef models</article-title>. <source>J Math Anal Appl</source>. (<year>2014</year>) <volume>416</volume>:<fpage>352</fpage>&#x02013;<lpage>73</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmaa.2014.02.053</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mistr</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Bercovici</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>A theoretical model of pattern formation in coral reefs</article-title>. <source>Ecosystems</source>. (<year>2003</year>) <volume>6</volume>:<fpage>0061</fpage>&#x02013;<lpage>74</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10021-002-0199-0</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>RH</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>QX</given-names></name> <name><surname>Sun</surname> <given-names>GQ</given-names></name> <name><surname>Jin</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>van de Koppel</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Nonlinear dynamic and pattern bifurcations in a model for spatial patterns in young mussel beds</article-title>. <source>J R Soc Inter</source>. (<year>2009</year>) <volume>6</volume>:<fpage>705</fpage>&#x02013;<lpage>18</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsif.2008.0439</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18986965</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Somathilake</surname> <given-names>LW</given-names></name> <name><surname>Burrage</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>A space-fractional-reaction-diffusion model for pattern formation in coral reefs</article-title>. <source>Cogent Math Stat</source>. (<year>2018</year>) <volume>5</volume>:<fpage>1426524</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/23311835.2018.1426524</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gdawiec</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Argyros</surname> <given-names>IK</given-names></name> <name><surname>Qureshi</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Soomro</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>An optimal homotopy continuation method: Convergence and visual analysis</article-title>. <source>J Comput Sci</source>. (<year>2023</year>) <volume>74</volume>:<fpage>102166</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jocs.2023.102166</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kelil</surname> <given-names>AS</given-names></name> <name><surname>Appadu</surname> <given-names>AR</given-names></name></person-group>. <article-title>On the numerical solution of 1D and 2D KdV equations using variational homotopy perturbation and finite difference methods</article-title>. <source>Mathematics</source>. (<year>2022</year>) <volume>10</volume>:<fpage>4443</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/math10234443</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jamali</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Solangi</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Qureshi</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>A novel hybrid iterative method for applied mathematical models with time-efficiency</article-title>. <source>J Appl Math Comp Mech</source>. (<year>2022</year>) <volume>21</volume>:<fpage>2</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.17512/jamcm.2022.3.02</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Qureshi</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Argyros</surname> <given-names>IK</given-names></name> <name><surname>Soomro</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Gdawiec</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Shaikh</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Hincal</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>A new optimal root-finding iterative algorithm: local and semilocal analysis with polynomiography</article-title>. <source>Numer Alg</source>. (<year>2024</year>) <volume>95</volume>:<fpage>1715</fpage>&#x02013;<lpage>45</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11075-023-01625-7</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Qureshi</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Ramos</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Soomro</surname> <given-names>AK</given-names></name> <name><surname>A</surname></name></person-group>. <article-title>new nonlinear ninth-order root-finding method with error analysis and basins of attraction</article-title>. <source>Mathematics</source>. (<year>2021</year>) <volume>9</volume>:<fpage>1996</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/math9161996</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Numerical solution of a kind of fractional parabolic equations via two difference schemes</article-title>. In: <source>Abstract and Applied Analysis. Vol. 2013</source>. <publisher-loc>Hindawi</publisher-loc> (<year>2013</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2013/828764</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mickens</surname> <given-names>RE</given-names></name></person-group>. <source>Applications of Nonstandard Finite Difference Schemes</source>. <publisher-loc>Singapore</publisher-loc>: <publisher-name>World Scientific</publisher-name> (<year>2000</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mickens</surname> <given-names>RE</given-names></name></person-group>. <article-title>Dynamic consistency: a fundamental principle for constructing nonstandard finite difference schemes for differential equations</article-title>. <source>J Differ Eq Appl</source>. (<year>2005</year>) <volume>11</volume>:<fpage>645</fpage>&#x02013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/10236190412331334527</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tijani</surname> <given-names>YO</given-names></name> <name><surname>Appadu</surname> <given-names>AR</given-names></name> <name><surname>Aderogba</surname> <given-names>AA</given-names></name></person-group>. <article-title>Some finite difference methods to model biofilm growth and decay: classical and non-standard</article-title>. <source>Computation</source>. (<year>2021</year>) <volume>9</volume>:<fpage>123</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/computation9110123</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mickens</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>An introduction to nonstandard finite difference schemes</article-title>. <source>J Comp Acoust</source>. (<year>2011</year>) <volume>11</volume>:<fpage>07</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218396X99000059</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">36255647</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Momani</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Rqayiq</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>A nonstandard finite difference scheme for two-sided space-fractional partial differential equations</article-title>. <source>Int J Bifur Chaos</source>. (<year>2012</year>) <volume>22</volume>:<fpage>1250079</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218127412500794</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Agbavon</surname> <given-names>KM</given-names></name> <name><surname>Appadu</surname> <given-names>AR</given-names></name></person-group>. <article-title>Construction and analysis of some nonstandard finite difference methods for the FitzHugh-Nagumo equation</article-title>. <source>Numer Methods Partial Differ Eq</source>. (<year>2020</year>) <volume>36</volume>:<fpage>1145</fpage>&#x02013;<lpage>69</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/num.22468</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Agarwal</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>El-Sayed</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Non-standard finite difference and Chebyshev collocation methods for solving fractional diffusion equation</article-title>. <source>Phys A Stat Mech Appl</source>. (<year>2018</year>) <volume>500</volume>:<fpage>40</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2018.02.014</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tijani</surname> <given-names>YO</given-names></name> <name><surname>Appadu</surname> <given-names>AR</given-names></name></person-group>. <article-title>Unconditionally positive NSFD and classical finite difference schemes for biofilm formation on medical implant using Allen-Cahn equation</article-title>. <source>Demonstr Math</source>. (<year>2022</year>) <volume>55</volume>:<fpage>40</fpage>&#x02013;<lpage>60</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1515/dema-2022-0006</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Appadu</surname> <given-names>AR</given-names></name> <name><surname>Tijani</surname> <given-names>YO</given-names></name></person-group>. <article-title>1D Generalised Burgers-Huxley: proposed solutions revisited and numerical solution using FTCS and NSFD methods</article-title>. <source>Front Appl Math Stat</source>. (<year>2022</year>) <volume>7</volume>:<fpage>773733</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2021.773733</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kehinde</surname> <given-names>OO</given-names></name> <name><surname>Munyakazi</surname> <given-names>JB</given-names></name> <name><surname>Appadu</surname> <given-names>AR</given-names></name></person-group>. <article-title>A NSFD discretization of two-dimensional singularly perturbed semilinear convection-diffusion problems</article-title>. <source>Front Appl Math Stat</source>. (<year>2022</year>) <volume>8</volume>:<fpage>861276</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2022.861276</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jejeniwa</surname> <given-names>OA</given-names></name> <name><surname>Gidey</surname> <given-names>HH</given-names></name> <name><surname>Appadu</surname> <given-names>AR</given-names></name></person-group>. <article-title>Numerical modeling of pollutant transport: results and optimal parameters</article-title>. <source>Symmetry</source>. (<year>2022</year>) <volume>14</volume>:<fpage>2616</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/sym14122616</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tarasov</surname> <given-names>VE</given-names></name></person-group>. <source>Fractional Dynamics: Applications of Fractional Calculus to Dynamics of Particles, Fields and Media</source>. <publisher-loc>Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2011</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Flekk&#x000F8;y</surname> <given-names>EG</given-names></name> <name><surname>Hansen</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Baldelli</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Hyperballistic superdiffusion and explosive solutions to the non-linear diffusion equation</article-title>. <source>Front. Phys</source>. (<year>2021</year>) <volume>9</volume>:<fpage>640560</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2021.640560</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Metzler</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Klafter</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>The random walk&#x00027;s guide to anomalous diffusion: a fractional dynamics approach</article-title>. <source>Phys Rep</source>. (<year>2000</year>) <volume>339</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>77</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0370-1573(00)00070-3</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Saichev</surname> <given-names>AI</given-names></name> <name><surname>Zaslavsky</surname> <given-names>GM</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional kinetic equations: solutions and applications</article-title>. <source>Chaos</source>. (<year>1997</year>) <volume>7</volume>:<fpage>753</fpage>&#x02013;<lpage>64</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.166272</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12779700</pub-id></citation></ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sokolov</surname> <given-names>IM</given-names></name></person-group>. <article-title>Physics of Fractal Operators. American Institute of Physics</article-title>. <source>Physics Today.</source> (<year>2003</year>) <volume>56</volume>:<fpage>65</fpage>&#x02013;<lpage>6</lpage>.<pub-id pub-id-type="pmid">12779745</pub-id></citation></ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Stynes</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>O&#x00027;Riordan</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Gracia</surname> <given-names>JL</given-names></name></person-group>. <article-title>Error analysis of a finite difference method on graded meshes for a time-fractional diffusion equation</article-title>. <source>SIAM J Numer Anal</source>. (<year>2017</year>) <volume>55</volume>:<fpage>1057</fpage>&#x02013;<lpage>79</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/16M1082329</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bhatt</surname> <given-names>HP</given-names></name> <name><surname>Khaliq</surname> <given-names>AQM</given-names></name></person-group>. <article-title>Fourth-order compact schemes for the numerical simulation of coupled Burgers&#x00027; equation</article-title>. <source>Comput Phys Commun</source>. (<year>2016</year>) <volume>200</volume>:<fpage>117</fpage>&#x02013;<lpage>38</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cpc.2015.11.007</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Appadu</surname> <given-names>AR</given-names></name> <name><surname>Waal</surname> <given-names>GNd</given-names></name></person-group>. <article-title>Numerical solution of a malignant invasion model using some finite difference methods</article-title>. <source>Demonstratio Math</source>. (<year>2023</year>) <volume>56</volume>:<fpage>20220244</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1515/dema-2022-0244</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Luchko</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Some uniqueness and existence results for the initial-boundary-value problems for the generalized time-fractional diffusion equation</article-title>. <source>Comp Math Appl</source>. (<year>2010</year>) <volume>59</volume>:<fpage>1766</fpage>&#x02013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2009.08.015</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Khalil</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Al Horani</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Yousef</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Sababheh</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>A new definition of fractional derivative</article-title>. <source>J Comput Appl Math</source>. (<year>2014</year>) <volume>264</volume>:<fpage>65</fpage>&#x02013;<lpage>70</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cam.2014.01.002</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Abdeljawad</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>On conformable fractional calculus</article-title>. <source>J Comput Appl Math</source>. (<year>2015</year>) <volume>279</volume>:<fpage>57</fpage>&#x02013;<lpage>66</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cam.2014.10.016</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</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></person-group>. <article-title>Analysis of fractional differential equations</article-title>. <source>J Math Anal Appl</source>. (<year>2002</year>) <volume>265</volume>:<fpage>229</fpage>&#x02013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jmaa.2000.7194</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kilbas</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Srivastava</surname> <given-names>HM</given-names></name> <name><surname>Trujillo</surname> <given-names>JJ</given-names></name></person-group>. <source>Theory and Applications of Fractional Differential Equations</source>. <publisher-loc>Volume 204. Amsterdam</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name> (<year>2006</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Diethelm</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Scalas</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Trujillo</surname> <given-names>JJ</given-names></name></person-group>. <source>Fractional Calculus: Models and Numerical Methods</source>. <publisher-loc>Volume 3. Singapore</publisher-loc>: <publisher-name>World Scientific</publisher-name> (<year>2012</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nakagawa</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Sakamoto</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Yamamoto</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Overview to mathematical analysis for fractional diffusion equations: new mathematical aspects motivated by industrial collaboration</article-title>. <source>J. Math Indus.</source> (<year>2010</year>) <volume>2</volume>:<fpage>99</fpage>&#x02013;<lpage>108</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Alsaedi</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Analysis of time-fractional Hunter-Saxton equation: a model of neumatic liquid crystal</article-title>. <source>Open Phys</source>. (<year>2016</year>) <volume>14</volume>:<fpage>145</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1515/phys-2016-0010</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Secer</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>The time-fractional coupled-Korteweg-de-Vries equations</article-title>. In: <source>Abstract and Applied Analysis</source>. Volume 2013. Hindawi (<year>2013</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2013/947986</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Strikwerda</surname> <given-names>JC</given-names></name></person-group>. <source>Finite Difference Schemes and Partial Differential Equations</source>. 2nd ed. <publisher-loc>Philadelphia, PA</publisher-loc>: <publisher-name>SIAM</publisher-name> (<year>2004</year>). 435 p.</citation>
</ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hindmarsh</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Gresho</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Griffiths</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>The stability of explicit Euler time-integration for certain finite difference approximations of the multi-dimensional advection-diffusion equation</article-title>. <source>Int J Numer Methods Fluids</source>. (<year>1984</year>) <volume>4</volume>:<fpage>853</fpage>&#x02013;<lpage>97</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/fld.1650040905</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B51">
<label>51.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Murio</surname> <given-names>DA</given-names></name></person-group>. <article-title>Implicit finite difference approximation for time fractional diffusion equations</article-title>. <source>Comp Math Appl</source>. (<year>2008</year>) <volume>56</volume>:<fpage>1138</fpage>&#x02013;<lpage>45</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2008.02.015</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B52">
<label>52.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Appadu</surname> <given-names>AR</given-names></name> <name><surname>Kelil</surname> <given-names>AS</given-names></name></person-group>. <article-title>Some Finite difference methods for solving linear fractional KdV equation</article-title>. <source>Front Appl Math Stat</source>. (<year>2023</year>) <volume>9</volume>:<fpage>1261270</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2023.1261270</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>