<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN">
<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.2024.1379937</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>Analytical solutions of the space&#x2013;time fractional Kadomtsev&#x2013;Petviashvili equation using the (G&#x2019;/G)-expansion method</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Hassaballa</surname> <given-names>Abaker</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Salih</surname> <given-names>Mohyaldein</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Khamis</surname> <given-names>Gamal Saad Mohamed</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Gumma</surname> <given-names>Elzain</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Adam</surname> <given-names>Ahmed M. A</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Satty</surname> <given-names>Ali</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2645905/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Mathematics, College of Science, Northern Border University</institution>, <addr-line>Arar</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Computer Science, College of Science, Northern Border University</institution>, <addr-line>Arar</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country></aff>
<author-notes>
<fn id="fn0001" fn-type="edited-by"><p>Edited by: Yusuf Pandir, Bozok University, T&#x00FC;rkiye</p></fn>
<fn id="fn0002" fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Tolga Akt&#x00FC;rk, Ordu University, T&#x00FC;rkiye</p>
<p>Waleed Mohamed Abd-Elhameed, Jeddah University, Saudi Arabia</p></fn>
<corresp id="c001">&#x002A;Correspondence: Ali Satty, <email>alisatty1981@gmail.com</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>18</day>
<month>04</month>
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2024</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>1379937</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>31</day>
<month>01</month>
<year>2024</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>26</day>
<month>03</month>
<year>2024</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x00A9; 2024 Hassaballa, Salih, Khamis, Gumma, Adam and Satty.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Hassaballa, Salih, Khamis, Gumma, Adam and Satty</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>This paper focusses on the nonlinear fractional Kadomtsev&#x2013;Petviashvili (FKP) equation in space&#x2013;time, employing the conformable fractional derivative (CFD) approach. The main objective of this paper is to examine the application of the (G&#x2019;/G)-expansion method in order to find analytical solutions to the FKP equation. The (G&#x2019;/G)-expansion method is a powerful tool for constructing traveling wave solutions of nonlinear evolution equations. However, its application to the FKP equation remains relatively unexplored. By employing traveling wave transformation, the FKP equation was transformed into an ordinary differential equation (ODE) to acquire exact wave solutions. A range of exact analytical solutions for the FKP equation is obtained. Graphical illustrations are included to elucidate the physical characteristics of the acquired solutions. To demonstrate the impact of the fractional operator on results, the acquired solutions are exhibited for different values of the fractional order &#x03B1;, with a comparison to their corresponding exact solutions when taking the conventional scenario where &#x03B1; equals 1. The results indicate that the (G&#x2019;/G)-expansion method serves as an efficient method and dependable in solving the nonlinear FKP equation.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>fractional Kadomtsev&#x2013;Petviashvili equation</kwd>
<kwd>conformable fractional derivative</kwd>
<kwd>(G&#x2019;/G)-expansion method</kwd>
<kwd>nonlinear partial differential equation</kwd>
<kwd>traveling wave transformation</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="3"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="38"/>
<ref-count count="24"/>
<page-count count="8"/>
<word-count count="5184"/>
</counts>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Mathematical Physics</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="sec1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Nonlinear partial differential equation (NPDEs) play a crucial role in characterizing an array of phenomena across diverse fields. For example, in the field of physics, numerous issues such as fluid mechanics, nonlinear dynamics, plasma physics, and wave motions can be described through NPDEs. Furthermore, NPDE applications span across various fields such as engineering, mechanics, and chemistry; as mentioned in Dodd et al. (<xref ref-type="bibr" rid="ref1">1</xref>). Gaining a comprehensive understanding of these nonlinear phenomena can be achieved by finding exact solutions for NPDEs. As a result, several approaches have been developed to accurately solve NPDEs using precise numerical techniques, such as the Backlund transformation and the Homotopy perturbation method, and others (<xref ref-type="bibr" rid="ref2">2</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref7">7</xref>). Moreover, numerous potent techniques have been recently developed, such as the (G&#x2032;/G)-expansion method and others (<xref ref-type="bibr" rid="ref8">8</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref12">12</xref>).</p>
<p>Kadomtsev and Petviashvili (<xref ref-type="bibr" rid="ref13">13</xref>) introduced a nonlinear equation as an extension of the well-known Kortewe de-Vries (KdV) equation. The mathematical representation of the Kadomtsev and Petviashvili (KP) equation is</p>
<disp-formula id="EQ1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><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:mfenced></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> are constant, the function <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents spatial directions <inline-formula><mml:math id="M5"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>, along with time <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a constant scalar which can be either &#x00B1;1. Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ1">Eq. (1)</xref>, when <inline-formula><mml:math id="M9"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the space&#x2013;time fractional Kadomtsev&#x2013;Petviashvili (FKP) equation is given as follows:</p>
<disp-formula id="EQ2"><label>(2)</label><mml:math id="M10"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x2004;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>This paper focusses on finding exact wave solutions of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ2">Eq. (2)</xref> by employing the conformable fractional derivative (CFD). The CFD, initially introduced by Khalil et al. (<xref ref-type="bibr" rid="ref14">14</xref>), is a revolutionary step in the realm of fractional calculus, with the derivative showcasing essential qualities that have broad implications across a myriad of disciplines, including but not limited to the domains of mathematics, engineering, and physics. Within <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ2">Eq. (2)</xref>, we denote the CFD in reference to time <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:mrow><mml:mfenced><mml:mi>t</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and space <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:mrow><mml:mfenced><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> using <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, accordingly. Moreover, we define higher-order operations such as <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the second-order and <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the fourth-order CFDs. The use of CFD within soliton theory is primarily advantageous due to its capacity for effectively characterizing soliton wave behaviors and providing profound physical insights. With these merits in mind, this paper applies the (G&#x2019;/G)-expansion method to derive traveling wave solutions for <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ2">Eq. (2)</xref> setting <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The paper builds upon existing scholarly interest in fractional dimensions as observed in the FKP equation and supported by literature references (<xref ref-type="bibr" rid="ref15">15</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="ref16">16</xref>), among references therein.</p>
<p>The (G&#x2019;/G)-expansion method, presented by Wang et al. (<xref ref-type="bibr" rid="ref9">9</xref>), is widely used to construct traveling wave solutions of different NPDEs. However, its application to the FKP equation remains relatively unexplored. Consequently, the novelty of this research lies in the application of the (G&#x2019;/G)-expansion method to the FKP equation as this method has not been widely applied to this particular equation. Numerous studies have previously utilized this method in the examination of different NPDEs to extract traveling wave solutions, as illustrated in references (<xref ref-type="bibr" rid="ref17">17</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref22">22</xref>). Recognizing the limitations of current solution methods for the FKP equation, the motivation of this paper is to harness the power of the (G&#x2019;/G)-expansion method to unearth analytical solutions. This not only promises to expand the repository of exact solutions available for the FKP equation but also stands to offer deeper insights into the complex behaviors of fractional-order nonlinear systems. The main objective of this paper is to study the use of (G&#x2019;/G)-expansion method in order to find analytical solutions to the FKP equation and to explore the implications of these solutions for understanding the behavior of nonlinear systems. By utilizing traveling wave transformation, the FKP equation was transformed into an ordinary differential equation (ODE), leading to discover more comprehensive exact analytical solutions. Consequently, a more comprehensive range of exact analytical solutions for the FKP equation was obtained. Graphical illustrations are included to elucidate the physical characteristics of the acquired solutions. To demonstrate the impact of the fractional operator on results, the acquired solutions are exhibited for different values of the fractional order &#x03B1;, with a comparison to their corresponding exact solutions when taking the conventional scenario where &#x03B1; equals 1. The structure of this article is as follows: Section 2 covers the conformable fractional derivative. In section 3, the (G&#x2019;/G)-expansion method is described in detail. In section 4, solutions for the space&#x2013;time FKP equation are presented. Section 5 showcases graphical representations to illustrate the physical characteristics of the derived solutions. Finally, the paper concludes with section 6.</p>
</sec>
<sec sec-type="materials|methods" id="sec2">
<label>2</label>
<title>Materials and methods</title>
<p>This section introduces the fundamental review of the CFD, G&#x2019;/G-expansion method and its application.</p>
<sec id="sec3">
<label>2.1</label>
<title>Conformable fractional derivative</title>
<p>In this subsection, we present a concise discussion of the fundamental properties of CFD, following the monographs authored by Khalil et al. (<xref ref-type="bibr" rid="ref14">14</xref>). We define the conformable derivative of order &#x03B1;, where 0&#x2009;&#x003C;&#x2009;&#x03B1;&#x2009;&#x2264;&#x2009;1, with respect to the independent variable <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> as</p>
<disp-formula id="EQ3"><label>(3)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mo>&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x2003;&#x2003;&#x00A0;&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2192;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This well-formed fractional derivative is obtained by adhering to certain essential properties. Let us consider the derivative order <inline-formula><mml:math id="M20"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="("><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and suppose that for all positive values of <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M22"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M23"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> represent <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>-differentiable functions with <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M26"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> as constants. Using <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Eq. (3)</xref>, we obtain the following properties:</p>
<list list-type="bullet">
<list-item><p><inline-formula><mml:math id="M27"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>&#x211D;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math id="M28"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math id="M29"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2004;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math id="M30"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math id="M31"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math id="M32"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></list-item>
<list-item><p><inline-formula><mml:math id="M33"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>x</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2004;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p></list-item>
</list>
<p>These properties have been well proven and share many properties with integer derivatives (<xref ref-type="bibr" rid="ref14">14</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="ref23">23</xref>). It is noted that the conformable differential operator complies with several fundamental principles analogous to those of the chain rule, Taylor series expansion, and Laplace transformation (<xref ref-type="bibr" rid="ref24">24</xref>). In this paper, the FKP equation is translated into an ODE within the context of CFD.</p>
</sec>
<sec id="sec4">
<label>2.2</label>
<title>Description of the (G&#x2019;/G)-expansion method</title>
<p>In what follow, we highlight the key steps of the G&#x2019;/G-expansion method:</p>
<p>Step 1: We assume that the nonlinear fractional partial differential equation including <inline-formula><mml:math id="M34"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M35"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> as follows:</p>
<disp-formula id="EQ4"><label>(4)</label><mml:math id="M36"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x2026;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the result of this equation.</p>
<p>Step 2: Solutions of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ4">Eq. (4)</xref> are obtained by considering the following traveling wave transformation</p>
<disp-formula id="EQ5"><label>(5)</label><mml:math id="M38"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>By substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ5">Eq. (5)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ4">Eq. (4)</xref>, the ODE is obtained as follows:</p>
<disp-formula id="EQ6"><label>(6)</label><mml:math id="M39"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x2033;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x2034;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where the superscript is expressed as the derivative concerning <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Step 3: Solutions of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ6">Eq. (6)</xref> are represented as</p>
<disp-formula id="EQ7"><label>(7)</label><mml:math id="M41"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> remains constant, <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> designates a positive integer whose value will be determined and the function <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> fulfills a second order ODE in the form</p>
<disp-formula id="EQ8"><label>(8)</label><mml:math id="M45"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2033;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M46"><mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are constants. Depending on the sign of <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:mrow><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ6">Eq. (6)</xref> has a family of solutions as:</p>
<disp-formula id="E1"><mml:math id="M49"><mml:mtext>Family</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>For</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="EQ9"><label>(9)</label><mml:math id="M50"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Case 1: when <inline-formula><mml:math id="M51"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, in <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ9">Eq. (9)</xref>, we get</p>
<disp-formula id="EQ10"><label>(10)</label><mml:math id="M52"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Case 2: when <inline-formula><mml:math id="M53"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we have</p>
<disp-formula id="EQ11"><label>(11)</label><mml:math id="M54"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>coth</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E2"><mml:math id="M55"><mml:mtext>Family</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>For</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="EQ12"><label>(12)</label><mml:math id="M56"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Case 1: when <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, in <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ12">Eq. (12)</xref>, we obtain</p>
<disp-formula id="EQ13"><label>(13)</label><mml:math id="M58"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>cot</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Case 2: when <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we have</p>
<disp-formula id="EQ14"><label>(14)</label><mml:math id="M60"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E3"><mml:math id="M61"><mml:mtext>Family</mml:mtext><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>For</mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Case 1: when <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we get</p>
<disp-formula id="EQ15"><label>(15)</label><mml:math id="M63"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec id="sec5">
<label>2.3</label>
<title>Application</title>
<p>In this subsection, the G&#x2019;/G-expansion method is utilized to derive wave solutions for <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ2">Eq. (2)</xref> when <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This case transforms <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ2">Eq. (2)</xref> as follows:</p>
<disp-formula id="EQ16"><label>(16)</label><mml:math id="M65"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x2004;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Now, consider the following traveling wave transformation</p>
<disp-formula id="EQ17"><label>(17)</label><mml:math id="M66"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Taking <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ17">Eq. (17)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ16">Eq. (16)</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ16">Eq. (16)</xref> converts to an ODE, and integrating the resultant equation twice, we get</p>
<disp-formula id="EQ18"><label>(18)</label><mml:math id="M67"><mml:mrow><mml:mfenced><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mi mathvariant="normal">&#x2004;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x2033;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M68"><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> are constants. By equating the nonlinear term <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to the highest derivative <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x2033;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we determine that <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Thus, <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ7">Eq. (7)</xref> becomes</p>
<disp-formula id="EQ19"><label>(19)</label><mml:math id="M73"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mfenced><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ19">Eq. (19)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ18">Eq. (18)</xref>, we obtain</p>
<disp-formula id="EQ20"><label>(20)</label><mml:math id="M74"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>G</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2032;</mml:mo><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E4"><mml:math id="M75"><mml:mtext>where&#x2003;&#x2003;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ8">Eq. (8)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ20">Eq. (20)</xref> and methodically collecting all terms by corresponding powers of G&#x2019;/G, we establish a coherent set of algebraic equations through the equating of each term&#x2019;s coefficient to zero within <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ20">Eq. (20)</xref>. These algebraic equations are then resolved utilizing the computational capabilities of Maple to obtain the following</p>
<disp-formula id="EQ21"><label>(21)</label><mml:math id="M76"><mml:mtext>Set</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.25em"/></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="EQ22"><label>(22)</label><mml:math id="M77"><mml:mtext>Set</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="0.25em"/></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="EQ23"><label>(23)</label><mml:math id="M78"><mml:mtext>Set</mml:mtext><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="EQ24"><label>(24)</label><mml:math id="M79"><mml:mtext>Set</mml:mtext><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="EQ25"><label>(25)</label><mml:math id="M80"><mml:mtext>Set</mml:mtext><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>576</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>48</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="EQ26"><label>(26)</label><mml:math id="M81"><mml:mtext>Set</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>576</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>48</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="EQ27"><label>(27)</label><mml:math id="M82"><mml:mtext>Set</mml:mtext><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mspace width="0.25em"/><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mspace width="0.25em"/></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>We finally get the exact solutions of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ16">Eq. (16)</xref>, where the solutions are derived according to the following:</p>
<p>Family 1:</p>
<p>In case 1, substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ21">Eq. (21)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ10">Eq. (10)</xref> yields</p>
<disp-formula id="EQ28"><label>(28)</label><mml:math id="M83"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</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:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>coth</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In case 1, substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ26">Eq. (26)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ10">Eq. (10)</xref> introduces</p>
<disp-formula id="EQ29"><label>(29)</label><mml:math id="M85"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In case 2, substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ23">Eq. (23)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ11">Eq. (11)</xref> gives</p>
<disp-formula id="EQ30"><label>(30)</label><mml:math id="M88"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</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>&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2002;&#x2003;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>coth</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2002;&#x2003;</mml:mtext><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2002;&#x2003;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>coth</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Family 2:</p>
<p>In case 1, substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ22">Eq. (22)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ13">Eq. (13)</xref> gives</p>
<disp-formula id="EQ31"><label>(31)</label><mml:math id="M90"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cot</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2002;&#x2003;&#x00A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In case 1, substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ25">Eq. (25)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ13">Eq. (13)</xref> yields</p>
<disp-formula id="EQ32"><label>(32)</label><mml:math id="M92"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cot</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In case 2, substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ24">Eq. (24)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ14">Eq. (14)</xref> presents</p>
<disp-formula id="EQ33"><label>(33)</label><mml:math id="M93"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</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>&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2002;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2002;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2002;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Family 3:</p>
<p>In this case, substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ27">Eq. (27)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ15">Eq. (15)</xref> provides</p>
<disp-formula id="EQ34"><label>(34)</label><mml:math id="M96"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</sec>
</sec>
<sec id="sec6">
<label>3</label>
<title>Graphical representations of the obtained solutions</title>
<p>In what follow, we delineate three-dimensional (3D) graphical depictions which portray the acquired solutions at assorted space and time intervals, with different values of the fractional order parameter &#x03B1;.</p>
<p>The 3D graphs in <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1</xref> depicts the nonlinear soliton solutions of <inline-formula><mml:math id="M98"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> characterized by parameters <inline-formula><mml:math id="M99"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and within the range <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as per <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ28">Eq. (28)</xref>, elucidating the dynamics of non-linear wave propagation. The depiction embraces the exact solutions of <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for fractional orders <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.98</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.96</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.94</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, offering kink soliton solutions with absolute values delineated in <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figures 1A</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig1">D</xref> accordingly. It is noteworthy within <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1</xref> that an increase in the value of <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is inversely related to the magnitude of <inline-formula><mml:math id="M105"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For comprehensiveness, it is paramount to articulate that same behavior are exhibited by nonlinear waves within solutions <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as witnessed in their respective 3D representations akin to those demonstrated for <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
<fig position="float" id="fig1">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>3D graph of solutions <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>10.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-10-1379937-g001.tif"/>
</fig>
<p>In exploring the dynamic features of nonlinear wave propagation as delineated in <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ30">Eq. (30)</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2</xref> illustrates the 3D graphical depictions of the wave solutions for <inline-formula><mml:math id="M110"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, constructed under parameters set at <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> over a domain where <inline-formula><mml:math id="M113"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Noteworthy within these illustrations is the depiction of solitary wave solutions at different <inline-formula><mml:math id="M114"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> values&#x2014;specifically <inline-formula><mml:math id="M115"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.98</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.96</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.94</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> corresponding individually to <xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2A</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig2">D</xref>. A clear pattern that emerges from <xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2</xref> is the direct relationship between <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> values and the resultant wavelength; an increment in <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is associated with an increase in the wavelength. Concurrently, a diminutive trend in amplitude is noted as <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> decreases from 1 to 0.94.</p>
<fig position="float" id="fig2">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>3D graph of solutions <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>10.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-10-1379937-g002.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig3">Figure 3</xref> displays the 3D graphical representations of the solution <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, under specified conditions: <inline-formula><mml:math id="M122"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M123"><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The value range for both <inline-formula><mml:math id="M124"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M125"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> is restricted between 0 and 10. The values of <inline-formula><mml:math id="M126"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are set at 1, 0.98, 0.96, and 0.94 for <xref ref-type="fig" rid="fig3">Figures 3A</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig3">D</xref>, respectively. These graphs are crucial in illustrating the kink soliton solutions that arise from the nonlinear wave dynamics as governed by <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ32">Eq. (32)</xref>. Notably, a diminution in the value of <inline-formula><mml:math id="M127"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> correlates with the propagation of the wavefront toward higher values on the <inline-formula><mml:math id="M128"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>-axis.</p>
<fig position="float" id="fig3">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>3D graph of solution <inline-formula><mml:math id="M129"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mtext mathvariant="italic">with</mml:mtext><mml:mspace width="thickmathspace"/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>10.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fams-10-1379937-g003.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="sec7">
<label>4</label>
<title>Conclusion</title>
<p>In this paper, the (G&#x2019;/G)-expansion method has been efficiently utilized to obtain analytical solutions for the fractional Kadomtsev&#x2013;Petviashvili (FKP) equation involving the conformable fractional derivative (CFD). A range of exact analytical solutions for the FKP equation has been obtained. To demonstrate the impact of the fractional operator on results, the acquired solutions are exhibited for different values of the fractional order &#x03B1;, with a comparison to their corresponding exact solutions when taking the conventional scenario where &#x03B1; equals 1. This has been done to discern the impact of varying fractional-orders &#x03B1; to delineate how variations in &#x03B1; influence the properties of the solutions. The physical characteristics of the acquired solutions have been illustrated through various graphical representations. The results of this paper demonstrates the potency, simplicity, and efficacy of the (G&#x2019;/G)-expansion approach. This method holds potential for tackling numerous challenges across diverse disciplines. Ultimately, the derived results can hold significant value for computational and experimental investigations in wave studies. All calculations within this study were conducted using MAPLE. Further research could be undertaken to study the numerical solutions of the FKP equation as well as analytical solutions of the stochastic FKP equation.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability" id="sec8">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="sec9">
<title>Author contributions</title>
<p>AH: Writing &#x2013; review &#x0026; editing. MS: Writing &#x2013; review &#x0026; editing. Gk: Writing &#x2013; original draft. EG: Writing &#x2013; original draft. AA: Writing &#x2013; original draft. AS: Writing &#x2013; original draft.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="funding-information" id="sec10">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that no financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article.</p>
</sec>
<ack>
<p>The authors extend their appreciation to the Deanship of Scientific Research at Northern Border University, Arar, KSA for funding this research work through the project number &#x201C;NBU-FFR-2024-1266-01.&#x201D;</p>
</ack>
<sec sec-type="COI-statement" id="sec11">
<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 id="sec100" sec-type="disclaimer">
<title>Publisher&#x2019;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="ref1"><label>1.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dodd</surname> <given-names>RK</given-names></name> <name><surname>Eilbeck</surname> <given-names>JC</given-names></name> <name><surname>Gibbon</surname> <given-names>JD</given-names></name> <name><surname>Morris</surname> <given-names>HC</given-names></name></person-group>. <source>Solitons and nonlinear wave equations</source>. <publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Academic Press</publisher-name> (<year>1982</year>).</citation></ref>
<ref id="ref2"><label>2.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rogers</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Shadwick</surname> <given-names>WF</given-names></name></person-group>. <source>B&#x00E4;cklund transformations and their applications</source>. <publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Academic Press</publisher-name> (<year>1982</year>).</citation></ref>
<ref id="ref3"><label>3.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hirota</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Exact solution of the Korteweg-de Vries equation for multiple collisions of solitons</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source>. (<year>1971</year>) <volume>27</volume>:<fpage>1192</fpage>&#x2013;<lpage>4</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.27.1192</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref4"><label>4.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gardner</surname> <given-names>CS</given-names></name> <name><surname>Greene</surname> <given-names>JM</given-names></name> <name><surname>Kruskal</surname> <given-names>MD</given-names></name> <name><surname>Miura</surname> <given-names>RM</given-names></name></person-group>. <article-title>Method for solving the Korteweg-deVries equation</article-title>. <source>Phys Rev Lett</source>. (<year>1967</year>) <volume>19</volume>:<fpage>1095</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.19.1095</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref5"><label>5.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Adomian</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <source>Solving frontier problems of physics: The decomposition method</source>. <publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>1993</year>).</citation></ref>
<ref id="ref6"><label>6.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>He</surname> <given-names>JH</given-names></name></person-group>. <article-title>Variational iteration method for delay differential equations</article-title>. <source>Commun Nonlinear Sci Numer Simul</source>. (<year>1997</year>) <volume>2</volume>:<fpage>235</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S1007-5704(97)90008-3</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref7"><label>7.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>He</surname> <given-names>JH</given-names></name></person-group>. <article-title>Homotopy perturbation technique</article-title>. <source>Comp Meth Appl Mech and Engine</source>. (<year>1999</year>) <volume>178</volume>:<fpage>257</fpage>&#x2013;<lpage>62</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0045-7825(99)00018-3</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref8"><label>8.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Abdou</surname> <given-names>MA</given-names></name></person-group>. <article-title>The extended tanh-method and its applications for solving nonlinear physical models</article-title>. <source>Appl Math Comput</source>. (<year>2007</year>) <volume>190</volume>:<fpage>988</fpage>&#x2013;<lpage>96</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2007.01.070</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref9"><label>9.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>The (G&#x2019;/G)-expansion method and travelling wave solutions of nonlinear evolution equations in mathematical physics</article-title>. <source>Phys Lett A</source>. (<year>2008</year>) <volume>372</volume>:<fpage>417</fpage>&#x2013;<lpage>23</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2007.07.051</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref10"><label>10.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>HQ</given-names></name></person-group>. <article-title>A new generalized riccati equation rational expansion method to a class of nonlinear evolution equation with nonlinear terms of any order</article-title>. <source>Appl Math Comput</source>. (<year>2007</year>) <volume>186</volume>:<fpage>693</fpage>&#x2013;<lpage>704</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2006.08.015</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref11"><label>11.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gepreel</surname> <given-names>KA</given-names></name></person-group>. <article-title>Analytical methods for nonlinear evolution equations in mathematical physics</article-title>. <source>Mathematics</source>. (<year>2020</year>) <volume>8</volume>:<fpage>2211</fpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/math8122211</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref12"><label>12.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>A generalized auxiliary equation method and its application to (2+1)-dimensional Korteweg&#x00E1;de Vries equations</article-title>. <source>Comput Math Appl</source>. (<year>2007</year>) <volume>54</volume>:<fpage>1028</fpage>&#x2013;<lpage>38</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2006.12.046</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref13"><label>13.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kadomtsev</surname> <given-names>BB</given-names></name> <name><surname>Petviashvili</surname> <given-names>VI</given-names></name></person-group>. <article-title>On the stability of solitary waves in weakly dispersive media</article-title>. <source>Sov Phys Dokl</source>. (<year>1970</year>) <volume>15</volume>:<fpage>539</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>.</citation></ref>
<ref id="ref14"><label>14.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Khalil</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Horani</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Yousef</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Sababhehb</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>&#x2013;<lpage>70</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cam.2014.01.002</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref15"><label>15.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Linares</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Pilod</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Saut</surname> <given-names>J-C</given-names></name></person-group>. <article-title>The Cauchy problem for the fractional Kadomtsev--Petviashvili equations</article-title>. <source>SIAM J Math Anal</source>. (<year>2018</year>) <volume>50</volume>:<fpage>3172</fpage>&#x2013;<lpage>209</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/17M1145379</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref16"><label>16.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pava</surname> <given-names>JA</given-names></name></person-group>. <article-title>Stability properties of solitary waves for fractional KdV and BBM equations</article-title>. <source>Nonlinearity</source>. (<year>2018</year>) <volume>31</volume>:<fpage>920</fpage>&#x2013;<lpage>56</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-6544/aa99a2</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref17"><label>17.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Feng</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Wan</surname> <given-names>Q</given-names></name></person-group>. <article-title>Using (G&#x2032;/G)-expansion method to seek traveling wave solution of Kolmogorov-Petrovskii-Piskunov equation</article-title>. <source>Appl Math Comput</source>. (<year>2011</year>) <volume>217</volume>:<fpage>5860</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2010.12.071</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref18"><label>18.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Naher</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Abdullah</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Akbar</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>The (G&#x2032;/G)-expansion method for abundant traveling wave solutions of caudrey-dodd-gibbon equation</article-title>. <source>Math Probl Eng</source>. (<year>2011</year>) <volume>2011</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>11</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2011/218216</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref19"><label>19.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Abazari</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Abazari</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Hyperbolic, trigonometric and rational function solutions of Hirota-Ramanie equation via (G&#x2032;/G)-expansion method</article-title>. <source>Math Probl Eng</source>. (<year>2011</year>) <volume>2011</volume>:<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>11</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2011/424801</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref20"><label>20.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zayed</surname> <given-names>EME</given-names></name></person-group>. <article-title>Traveling wave solutions for higher dimensional nonlinear evolution equations using the (G&#x2032;/G)-expansion method</article-title>. <source>J Appl Maths Inform</source>. (<year>2010</year>) <volume>28</volume>:<fpage>383</fpage>&#x2013;<lpage>95</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2011/424801</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref21"><label>21.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jabbari</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Kheiri</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Bekir</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Exact solutions of the coupled higgs equation and the miccari system using He&#x2019;s semi-inverse method and (G&#x2032;/G)-expansion method</article-title>. <source>Comput Math Appl</source>. (<year>2011</year>) <volume>62</volume>:<fpage>2177</fpage>&#x2013;<lpage>86</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2011.07.003</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref22"><label>22.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ozis</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Aslan</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <article-title>Application of the (G&#x2032;/G)-expansion method to kawahara type equations using symbolic computation</article-title>. <source>Appl Math Comput</source>. (<year>2010</year>) <volume>216</volume>:<fpage>2360</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2010.03.081</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref23"><label>23.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Biragni</surname> <given-names>OT</given-names></name> <name><surname>Chandok</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Dedovic</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Radenovic</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>A note on some recent results of the conformable derivative</article-title>. <source>Adv Theory Nonlin Analy Appl</source>. (<year>2019</year>) <volume>3</volume>:<fpage>11</fpage>&#x2013;<lpage>7</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.31197/atnaa.482525</pub-id></citation></ref>
<ref id="ref24"><label>24.</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>&#x2013;<lpage>66</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cam.2014.10.016</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>
