<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2025.1608265</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>Individual-based multiscale model for foot-and-mouth disease</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Mufoya</surname> <given-names>Blessings</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/3029584/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/visualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Mathebula</surname> <given-names>Dephney</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2198259/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Garira</surname> <given-names>Winston</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff4"><sup>4</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Applied Mathematics, National University of Science and Technology, Ascot</institution>, <addr-line>Bulawayo</addr-line>, <country>Zimbabwe</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Computational Sciences, The University of Fort Hare</institution>, <addr-line>Alice</addr-line>, <country>South Africa</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>The National Institute for Theoretical and Computational Sciences (NITheCS)</institution>, <addr-line>Alice</addr-line>, <country>South Africa</country></aff>
<aff id="aff4"><sup>4</sup><institution>Multiscale Modelling of Living Systems Program (MSM-LSP), Department of Mathematical Sciences, Sol Plaatje University</institution>, <addr-line>Kimberley</addr-line>, <country>South Africa</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Joseph Malinzi, University of Eswatini, Eswatini</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Jayanta Mondal, Diamond Harbour Women&#x00027;s University, India</p>
<p>Alinafe Maenje, St. John the Baptist University, Malawi</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Blessings Mufoya <email>blessings.mufoya&#x00040;nust.ac.zw</email>; <email>blessingmufoya&#x00040;gmail.com</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>18</day>
<month>07</month>
<year>2025</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2025</year>
</pub-date>
<volume>11</volume>
<elocation-id>1608265</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>08</day>
<month>04</month>
<year>2025</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>27</day>
<month>06</month>
<year>2025</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2025 Mufoya, Mathebula and Garira.</copyright-statement>
<copyright-year>2025</copyright-year>
<copyright-holder>Mufoya, Mathebula and Garira</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>The study of infectious disease dynamics across various hierarchical levels and scales of organization has gained significant attention in the realm of mathematical biology. We develop an individual-based network multiscale model of foot-and-mouth disease (FMD) in cattle based on the replication-transmission relativity theory at whole living organism level. An important feature of individual-based network multiscale models is that they incorporate heterogeneity in [i.] host susceptibility to infection, [ii.] the ability of hosts to transmit pathogen to other hosts, [iii.] host immune response, and [iv.] host behaviour. Numerical simulations are conducted to demonstrate the influence of model parameters designated for controlling, eliminating, and eradicating FMD. Results indicate that microscale parameters such as the clearance rate of virus, &#x003C9;<sub><italic>i</italic></sub> and the macroscale parameters like the transmission rate between the cattle, &#x003B2;<sub><italic>ij</italic></sub> are crucial for implementing interventions (vaccination and quarantine respectively). Additionally, the analysis of the network degree distribution indicates the absence of hubs due to lack of a heavy tail on the histogram.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>network modeling</kwd>
<kwd>foot-and-mouth disease</kwd>
<kwd>multiscale modeling</kwd>
<kwd>stochastic differential equations</kwd>
<kwd>spatial network</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="14"/>
<table-count count="4"/>
<equation-count count="116"/>
<ref-count count="26"/>
<page-count count="22"/>
<word-count count="11055"/>
</counts>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Mathematical Biology</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>The study of infectious disease dynamics across various hierarchical levels and scales of organization has gained significant attention in the realm of mathematical biology. This surge in interest has been facilitated by an innovative approach known as multiscale modeling, which provides fresh perspectives on the dynamics of infectious disease systems. The fundamental ideas of multiscale modeling of infectious disease systems have been elucidated by recent publications [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Further, these ideas have been underpinned by a biological relativity theory that provides a theoretical framework for development of such multiscale models [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. A key postulate of this biological relativity theory is that any infectious disease system is organized into seven main levels of hierarchical level of organization namely: the cell level, the tissue level, the organ level/microcommunity level, the microecosystem level, the host level, the macrocommunity level, and the macroecosystem level [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. The dynamics of pathogen from one scale of organization to another at any of these seven levels of organization necessarily involves a replication-transmission multiscale cycle of pathogen replication at microscale and pathogen transmission at macroscale. Another fundamental postulate of this biological relativity theory is that at any of these levels of organization, the multiscale models that can be developed fall into five main categories [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]: (i) the hybrid multiscale models (HMSMs), (ii) nested multiscale models (NMSMs), (iii) embedded multiscale models (EMSMs), (iv) individual-based multiscale models (IMSMs), and (iv) coupled multiscale models (CMSMs). However, the category of individual-based multiscale models is further classified into four main classes namely [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]: network modeling individual-based multiscale models (NETW-IMSMs), empirical data modeling individual-based multiscale models (EMPI-IMSMs), simulation modeling individual-based multiscale models (SIMU-IMSMs), and hybrid individual-based multiscale models (BRID-IMSMs). This study is about the development of network modeling individual-based multiscale models. Further, network modeling individual-based multiscale models can be formulated using any of the five graph-theoretic techniques which include: lattice network models, scale-free network models, spatial network models, random network models and smallworld network models [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. Applications of network models include transportation and mobility networks, internet, mobile phone networks, power grids, social and contact networks, neural networks. In the realm of infectious diseases, a network consists of nodes (vertices) and links (edges), where nodes represent individuals (humans, animals, plants, computers, farms, patches, etc.) who are either susceptible to infection or capable of transmitting infections, and links denote interactions between individuals that may facilitate transmission.</p>
<p>This study presents an individual-based network model of foot-and-mouth disease (FMD) based on the replication-transmission relativity theory [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. The multiscale model which integrates the within-host and between-host dynamics of FMD in cattle. An important feature of individual-based network modeling multiscale models is heterogeneity in (i) host susceptibility to infection, (ii) the ability of hosts to transmit pathogen to other hosts, (iii) host immune response, (iv) host behavior [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Furthermore, the within-host submodel is implemented to describe the entire infectious disease system across both the within-host scale and between-host scale. Therefore, the main aim of this study is to establish the influence of heterogeneity, using an individual-based spatial network multiscale model, on disease dynamics for an infection. To the best of our knowledge, there is currently no individual-based multiscale network model in the existing literature that utilizes the replication-transmission relativity theory and considers the interaction between two scales at any level of an infectious disease system. The dynamics of FMD in the cattle population consists of various transmission routes of FMDV at between-host scale including air-borne spread, animal-to-animal contact and contamination of the environment [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. Globally, FMD is known to have caused major losses in the agricultural sector as well as tourism [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. In Africa, FMD is regarded as the most significant economic animal illness impacting regional trade in livestock, wildlife, and various agricultural goods [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. The usual control measures of FMD include (i) movement restriction of animals, animal products and fomites; (ii) quarantine; (iii) culling of detected infected animals, (iv) surveillance and tracing to establish the source and path of the infection, and (v) vaccination [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] with the latter having a significant impact in controlling FMD [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. However, all these control measures have their own limitations in combating FMD in cattle [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. A key aspect of multiscale dynamics is the replication-transmission relativity theory which states that at any hierarchical level of organization of an infectious disease system there is no priviledge or absolute scale which will determine disease dynamics, only interactions between the microscale and macroscale [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>].</p>
<p>Previously, multiscale modeling of FMD in cattle at host level has been established. This was done by formulating hybrid multiscale models (HMSMs) such as Bradhurst et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] and individual-based multiscale models (IMSMs) such as Kao et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] and Kostova-Vassilevska [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. The contributions made by the HMSMs in Bradhurst et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] and IMSMs in Kao et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] and Kostova-Vassilevska [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>] have given new insights into the impact of health interventions against FMD, however, there are some vital limitations of these multiscale categories when compared with the individual-based network modeling multiscale model described in this paper. The HMSMs cannot be utilized to establish heterogeneity in (i) host susceptibility to infection, (ii) the ability of hosts to transmit pathogen to other hosts, (iii) host immune response, and (iv) host behavior. On the other hand, the IMSMs in Kao et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] and Kostova-Vassilevska [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>] did not address the reciprocal influence of the microscale and macroscale at any hierarchical level of infectious disease systems. It is important to note that some of the mathematical models of FMD infection are single-scale models [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]. However, single scale models are only confined to one component of the replication-transmission multiscale cycle of infectious disease systems.</p>
<p>The rest of the contents of this paper is organized in the following way. In Section 2, we present the network modeling individual-based model for FMD in cattle. The mathematical analysis of the network modeling individual-based model is done in Section 3. In Section 4, the network modeling individual-based model is analyzed numerically to validate some of the analytical results obtained in Section 3. Finally, the conclusions of the study are presented in Section 5.</p></sec>
<sec id="s2">
<title>2 The individual-based multiscale model for FMD</title>
<p>The formulation of this model involves differential equations illustrating the initial transmission of FMDV taking into account immune response and then placing the cattle population in a spatial network. The model we develop is an extension of the wihin-host model developed by Howey et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>], who investigated the dynamics of this disease in cattle. For each individual <italic>i</italic> there is interplay between antibody, <italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub>, virions in blood, <italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>, interferon, <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>, uninfected epithelial cells, <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub>, infected epithelial cells, <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>, non-infectious material denoted by <italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub>, virus-antibody complexes, <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub> and protected cells, <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>. Given below is the set of differential equations:</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M2"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M3"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M4"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M6"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M8"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p> 
<disp-formula id="E9"><mml:math id="M9"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>&#x003B4;<sub><italic>ij</italic></sub> is Kronecker&#x00027;s delta, &#x003B2; and &#x003B1; are non-negative. Small values of &#x003B1; implies a widespread influence of infection while bigger values of &#x003B1; implies local spread. The elements &#x003B2;<sub><italic>ji</italic></sub> of the transmission matrix <bold>B</bold>, representing the strength of transmission from <italic>j</italic> to <italic>i</italic> depend on spatial factors. &#x003B2; represents the overfall strength of transmission [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>].</p>
<p>The model is illustrated by the schematic diagram in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> and the model variables are summarized in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>. <xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equation 1</xref> of multiscale model system represents the concentration of infectious virion in blood. The first term on the right hand side represents the infected epithelial cells that burst to release more infectious virion in the blood. The second term is the infectious virion cleared as it complexes with antibody. The Equation <xref ref-type="disp-formula" rid="E2">Equation 2</xref> of multiscale model system represents the infected epithelial cells created at a rate of &#x003F5;<sub><italic>i</italic></sub><italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub><italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>. The last part of <xref ref-type="disp-formula" rid="E2">Equation 2</xref> is the infected epithelial cells which burst to become infectious virion. <xref ref-type="disp-formula" rid="E3">Equation 3</xref> of multiscale model system represents proportion of the uninfected epithelial cells that become protected by interferon from infection when interferon is above background level, &#x003BC;<sub><italic>i</italic></sub>/&#x003BE;<sub><italic>i</italic></sub>. <xref ref-type="disp-formula" rid="E4">Equation 4</xref> of multiscale model system represents the proportion of protected epithelial cells. These cells are recruited from uninfected cells when interferon is above background level, &#x003BC;<sub><italic>i</italic></sub>/&#x003BE;<sub><italic>i</italic></sub>. <xref ref-type="disp-formula" rid="E5">Equation 5</xref> of multiscale model system represents interferon which is produced at rate, &#x003B7;<sub><italic>i</italic></sub><italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>, corresponding to the virus-antibody complexes, <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>. <xref ref-type="disp-formula" rid="E6">Equation 6</xref> of multiscale model system represents antibody production in relation to the virus that must be neutralized. <xref ref-type="disp-formula" rid="E7">Equation 7</xref> of multiscale model system represents infectious virion and non-infectious material that has been neutralized by antibody. The last part of <xref ref-type="disp-formula" rid="E7">Equation 7</xref> is the clearance of virus-antibody complex. In <xref ref-type="disp-formula" rid="E8">Equation 8</xref> of multiscale model system the first part is the recruitment of non-infectious material from infected cells. The second part is the non-infectious material that is neutralized by antibody.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Schematic diagram of FMD dynamics in a network. For each individual <italic>i</italic> there is interplay between antibody, <italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub>, virions in blood, <italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>, interferon, <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>, uninfected epithelial cells, <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub>, infected epithelial cells, <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>, non-infectious material denoted by <italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub>, virus-antibody complexes, <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub> and protected cells, <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>.</p></caption>
<alt-text>Flowchart illustrating a model with interconnected variables. Boxes are labeled Fi, Vi, Ui, Ci, Ii, Pi, and Ai, shown in orange, green, and yellow. Arrows represent relationships, with some annotated by Greek letters and mathematical symbols, indicating interactions.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0001.tif"/>
</fig>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Description of individual-based multiscale model variables for the <italic>i</italic>th individual.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Variable</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Description</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Units</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Initial value</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Infected cells</td>
<td valign="top" align="left">TCID<sub>50</sub> ml<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Virus-antibody complexes</td>
<td valign="top" align="left">TCID<sub>50</sub> ml<sup>&#x02212;1</sup> equiv.</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Protected cells</td>
<td valign="top" align="left">Cell</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Uninfected cells</td>
<td valign="top" align="left">Cell</td>
<td valign="top" align="center">1</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Antibody</td>
<td valign="top" align="left">LPBE-titer</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Conc. of virions in blood</td>
<td valign="top" align="left">TCID<sub>50</sub> ml<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Non-infectious material</td>
<td valign="top" align="left">TCID<sub>50</sub> ml<sup>&#x02212;1</sup> equiv.</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Interferon</td>
<td valign="top" align="left">IU ml<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M165"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula></td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Mathematical analysis of the individual-based multiscale model of FMD dynamics</title>
<sec>
<title>3.1 Feasible region of the model</title>
<p>The model that we formulate has to be biologically meaningful. Therefore, we establish the non-negativity and boundedness of all the state variables as well as their solutions, respectively, in the region &#x003A6;, where</p>
<disp-formula id="E10"><label>(9)</label><mml:math id="M10"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<sec>
<title>3.1.1 Positivity of solutions</title>
<p>Theorem 3.1. A non-negative solution (<italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>)) exists for all <italic>t</italic> &#x02265; 0</p>
<p><italic>Proof</italic>. The positivity of solutions of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) is proved using the integrating factor technique. We consider <xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equation 1</xref> in the multiscale model system</p>
<disp-formula id="E11"><label>(10)</label><mml:math id="M11"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We re-write <xref ref-type="disp-formula" rid="E10">Equation 10</xref> as follows</p>
<disp-formula id="E12"><label>(11)</label><mml:math id="M12"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The integrating factor for <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equation 11</xref> is</p>
<disp-formula id="E13"><label>(12)</label><mml:math id="M13"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>Integrating factor (IF)</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>When we multiply <xref ref-type="disp-formula" rid="E11">Equation 11</xref> by the integrating factor <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> to get</p>
<disp-formula id="E14"><label>(13)</label><mml:math id="M15"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>From the product rule we obtain</p>
<disp-formula id="E15"><label>(14)</label><mml:math id="M16"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We integrate both sides of <xref ref-type="disp-formula" rid="E14">Equation 14</xref> with respect to <italic>t</italic> and obtain</p>
<disp-formula id="E16"><label>(15)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Dividing both sides of <xref ref-type="disp-formula" rid="E15">Equation 15</xref> by the integrating factor <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> we get</p>
<disp-formula id="E17"><label>(16)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Similarly, the results for <xref ref-type="disp-formula" rid="E2">Equations 2</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E5">5</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E7">7</xref>, and <xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref> of the multiscale model systemcan also be obtained by the integrating factor technique.</p>
<p>We now consider <xref ref-type="disp-formula" rid="E3">Equation 3</xref> of the multiscale model system</p>
<disp-formula id="E18"><label>(17)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Positivity of the solution of <xref ref-type="disp-formula" rid="E3">Equation 3</xref> of the multiscale model system is proved using the separation of variables as follows</p>
<disp-formula id="E19"><label>(18)</label><mml:math id="M21"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We integrate both sides of <xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equation 14</xref> with respect to <italic>t</italic> to get</p>
<disp-formula id="E20"><label>(19)</label><mml:math id="M22"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Integrating the left side gives</p>
<disp-formula id="E21"><label>(20)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Removing ln we have the following result</p>
<disp-formula id="E22"><label>(21)</label><mml:math id="M24"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Positivity of <xref ref-type="disp-formula" rid="E4">Equation 4</xref> of the multiscale model systemis proved by integrating both sides of <xref ref-type="disp-formula" rid="E2">Equation 2</xref>2.</p>
<disp-formula id="E23"><label>(22)</label><mml:math id="M25"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This gives</p>
<disp-formula id="E24"><label>(23)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We get the following result</p>
<disp-formula id="E25"><label>(24)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>since the protected cells <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub> are recruited from uninfected cells when interferon <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub> is above background level, <inline-formula><mml:math id="M28"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, that is, <inline-formula><mml:math id="M29"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Similarly, the result of <xref ref-type="disp-formula" rid="E6">Equation 6</xref> of the multiscale model system is a positive solution since both &#x003D5;<sub><italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub>(<italic>V, J</italic>) and &#x003D5;<sub><italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub> are positive constants.</p>
<p>Consequently, <italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x02265; 0, <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x02265; 0, <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x02265; 0, <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x02265; 0, <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x02265; 0, <italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x02265; 0, <italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x02265; 0 and <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) &#x02265; 0 for all time <italic>t</italic> &#x0003E; 0.</p></sec>
<sec>
<title>3.1.2 Boundedness of solutions</title>
<p>We show that all eight equations are ultimately bounded for <italic>t</italic> &#x02265; 0. From the <xref ref-type="disp-formula" rid="E3">Equation 3</xref> of the multiscale model system, the viral infection reduces the population of the uninfected cells so that at the onset of the infection, the population of uninfected cells must be greater or equal to the total cell population at <italic>t</italic> &#x0003E; 0. The population of uninfected cells is also reduced as a proportion of the cells become protected. <xref ref-type="disp-formula" rid="E5">Equation 5</xref> of the multiscale model system reduces to <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> while the remaining equations reduce to zero at disease-free equilibrium.</p>
<p>This leaves <xref ref-type="disp-formula" rid="E3">Equation 3</xref> of the multiscale model system given by</p>
<disp-formula id="E26"><label>(25)</label><mml:math id="M31"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E27"><label>(26)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Initially, the interferons equal to <inline-formula><mml:math id="M33"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. However, when the interferons are above background level, that is, <inline-formula><mml:math id="M34"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> is implies that <inline-formula><mml:math id="M35"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Therefore, from <xref ref-type="disp-formula" rid="E26">Equation 26</xref> we have</p>
<disp-formula id="E28"><label>(27)</label><mml:math id="M36"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo class="qopname">sup</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo class="qopname">sup</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Thus, the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) is bounded above by <italic>N</italic><sub><italic>i</italic></sub> and bounded below by 0. Since the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) is positive and bounded, it is well-posed (epidemiologically and mathematically) in the region &#x003A6;.</p></sec></sec>
<sec>
<title>3.2 Determination of disease free equilibrium and its stability</title>
<sec>
<title>3.2.1 The disease-free equilibrium point</title>
<p>In order to establish the disease-free equilibrium point of the multiscale model system in the disease compartment we set the right-hand side of the <xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref> of multiscale model system to zero. When the equilibrium is disease-free then infectious virions in the blood of an individual will not exist resulting no transmission of infection. Therefore, the disease-free equilibrium of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) is given by</p>
<disp-formula id="E29"><label>(28)</label><mml:math id="M37"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>N</italic><sub><italic>i</italic></sub>, a constant, is the initial number of uninfected epithelial cells. <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> since this is the time during which virus replication is not yet observable.</p></sec>
<sec>
<title>3.2.2 The model reproductive number</title>
<p>The reproductive number, <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is described as the average number of secondary infections generated by an infectious individual host brought into an entirely susceptible population [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]. It is an important parameter which helps to examine outbreak of disease. For the vast majority of disease outbreaks, if <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, this implies that the outbreak dies out, while when <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, this implies that the outbreak persists. For FMDV infection in cattle, <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> describes the anticipated number of cattle FMDV infections generated by an individual animal throughout the whole cycle of virulence of the animal placed in a totally susceptible cattle population. Hence, <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> quantifies transmission of FMDV from animal to animal. In order to evaluate the basic reproductive number we implement the next generation operator approach [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. The multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) can be expressed as follows:</p>
<disp-formula id="E30"><label>(29)</label><mml:math id="M45"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E31"><mml:math id="M46"><mml:mtable columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The elements of <italic>X</italic> stand for the number of susceptibles as well as other groups of non-infectious individuals. The elements of <italic>Y</italic> stand for the number of infected individuals who are unable to transmit the disease. The elements of <italic>Z</italic> stand for the number of infected individuals able to transmit the disease. We define <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from Castillo-Chavez et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>] by</p>
<p><inline-formula><mml:math id="M48"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula></p>
<p>Suppose <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> so that <italic>A</italic> is expressed as <italic>A</italic> &#x0003D; <italic>M</italic>&#x02212;<italic>D</italic>.</p>
<p>Then from <xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="E2">2</xref> of multiscale model system <italic>A</italic> becomes</p>
<disp-formula id="E32"><label>(30)</label><mml:math id="M50"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E33"><label>(31)</label><mml:math id="M51"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E34"><label>(32)</label><mml:math id="M52"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore, the inverse of matrix <italic>D</italic> is</p>
<disp-formula id="E35"><label>(33)</label><mml:math id="M53"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>When we multiple <italic>M</italic> and <italic>D</italic><sup>&#x02212;1</sup> we get</p>
<disp-formula id="E36"><label>(34)</label><mml:math id="M54"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This simplifies to</p>
<disp-formula id="E37"><label>(35)</label><mml:math id="M55"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><inline-formula><mml:math id="M56"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the spectral radius (dominant eigenvalue) of <italic>MD</italic><sup>&#x02212;1</sup> and so we have the following expression</p>
<disp-formula id="E38"><mml:math id="M57"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E39"><label>(36)</label><mml:math id="M58"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E40"><label>(37)</label><mml:math id="M59"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore, the reproductive number <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, is composed of microscale and macroscale disease parameters &#x003F5;, &#x003C9; and &#x003B2;<sub><italic>ij</italic></sub> respectively. When we refer to the formulation for <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> from <xref ref-type="disp-formula" rid="E36">Equation 36</xref> we can gather the following.</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(i) The macroscale transmission parameter, &#x003B2;<sub><italic>ij</italic></sub> from <xref ref-type="disp-formula" rid="E36">Equation 36</xref> which represents the strength of transmission between individuals <italic>j</italic> and <italic>i</italic> due to their separation distance, contributes to the spread of FMD infection. The constant &#x003B1; controls the strength of transmission such that when &#x003B1; is small then the probability of transmission &#x003B2;<sub><italic>ij</italic></sub> from <italic>j</italic> to <italic>i</italic> is high and for bigger values of &#x003B1; the transmission between individuals is low.</p></list-item>
<list-item><p>(ii) The microscale transmission parameters &#x003F5;<sub><italic>i</italic></sub>, the infection rate of epithelial cells as well as &#x003C9;<sub><italic>i</italic></sub>, which controls rate of clearance of virus from <xref ref-type="disp-formula" rid="E36">Equation 36</xref> have an effect on the spread of virus. The immune response, including &#x003C9;<sub><italic>i</italic></sub>, helps to reduce FMDV transmission.</p></list-item>
</list>
<p>Therefore, it can be concluded that both macroscale and microscale factors have an impact on the spread of FMDV.</p></sec>
<sec>
<title>3.2.3 Local stability of the disease free equilibrium (DFE)</title>
<p>In this section we establish the local stability of disease-free equilibrium of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>).</p>
<disp-formula id="E41"><label>(38)</label><mml:math id="M62"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x02003;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>N</italic><sub><italic>i</italic></sub>, a constant, is the initial number of uninfected epithelial cells.</p>
<p>The Jacobian matrix of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) can be calculated at the disease-free equilibrium state to give:</p>
<disp-formula id="E42"><label>(39)</label><mml:math id="M64"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E43"><label>(40)</label><mml:math id="M65"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>In order to establish the stability of the disease-free equilibrium we evaluate the eigenvalues of the Jacobian matrix (<xref ref-type="disp-formula" rid="E39">Equation 39</xref>). Given below is the characteristic equation for the eigenvalues.</p>
<disp-formula id="E44"><label>(41)</label><mml:math id="M66"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We have three zero eigenvalues and &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x02212;<italic>d</italic><sub>8</sub>, &#x003BB;<sub>2</sub> &#x0003D; &#x02212;<italic>d</italic><sub>9</sub>, &#x003BB;<sub>3</sub> &#x0003D; &#x02212;<italic>d</italic><sub>1</sub>. We now consider the remaining expression</p>
<disp-formula id="E45"><label>(42)</label><mml:math id="M68"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E46"><label>(43)</label><mml:math id="M69"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E47"><label>(44)</label><mml:math id="M70"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E48"><label>(45)</label><mml:math id="M71"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E49"><label>(46)</label><mml:math id="M72"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x003BB;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E50"><label>(47)</label><mml:math id="M73"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>We use the Routh-Hurwitz Criterion and for this particular case, we define the following matrices whose elements are the coefficients of the polynomial <italic>P</italic>(&#x003BB;) in the <xref ref-type="disp-formula" rid="E46">Equation 46</xref>.</p>
<disp-formula id="E51"><label>(48)</label><mml:math id="M74"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>We evaluate the determinant of <italic>H</italic><sub>1</sub>, we get</p>
<disp-formula id="E52"><label>(49)</label><mml:math id="M75"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>det</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:munder><mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>The determinant of <italic>H</italic><sub>2</sub> is</p>
<disp-formula id="E53"><label>(50)</label><mml:math id="M76"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E54"><label>(51)</label><mml:math id="M77"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mtext>&#x003A6;</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>We note that all the coefficients &#x003A6;<sub>1</sub> and &#x003A6;<sub>2</sub> of the polynomial <italic>P</italic>(&#x003BB;) are greater than zero whenever <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Furthermore, all the determinants of the matrices <italic>H</italic><sub>1</sub> and <italic>H</italic><sub>2</sub> are positive if and only if <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M81"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Therefore, all the roots of the polynomial <italic>P</italic>(&#x003BB;) are either negative or have negative real parts. All eigenvalues of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) will be zero or negative. Due to the existence of zero eigenvalues, further analysis on the stability of <italic>E</italic><sup>0</sup> is performed by implementing the center manifold theorem in Section 3.3.3. From the proof of Theorem 3.6 the analysis establishes that the disease-free equilibrium point <italic>E</italic><sup>0</sup>, of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) is locally asymptotically stable whenever <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and unstable otherwise. This result is summarized as follows.</p>
<p>Theorem 3.2. The disease-free equilibrium point <italic>E</italic><sup>0</sup>, of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) is locally asmptotically stable whenever <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and unstable otherwise.</p></sec>
<sec>
<title>3.2.4 Global stability of the disease-free equilibrium</title>
<p>To determine the global stability of DFE of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>), we use (Theorem 2) in Van den Driessche and Watmough [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>] to establish that the DFE is globally asymptotically stable whenever <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and unstable when <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In this section, we write down two conditions that when satisfied, also warrant the global asymptotic stability of the disease-free state. Therefore, writing the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) in the following way we get:</p>
<disp-formula id="E55"><label>(52)</label><mml:math id="M86"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>X</italic> &#x0003D; (<italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>) stands for all uninfected components and <italic>Z</italic> &#x0003D; (<italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub>) stands for all infected and infectious components;</p>
<disp-formula id="E56"><label>(53)</label><mml:math id="M87"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>where</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>stands for the disease-free equilibrium of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>). In order to ensure that the equilibrium is globally asymptotic stable, the conditions (<italic>H</italic>1) and (<italic>H</italic>2) below should be satisfied [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]:</p>
<p><bold>(H1)</bold> For <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is globally asymptotically stable (g.a.s);</p>
<p><bold>(H2)</bold> <italic>G</italic>(<italic>X, Z</italic>) &#x0003D; <italic>AZ</italic>&#x02212;&#x0011C;(<italic>X, Z</italic>), &#x0011C;(<italic>X, Z</italic>) &#x02265; 0 for <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <italic>A</italic>&#x02208;<italic>M</italic>(6 &#x000D7; 6) where the Jacobian <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an <italic>M</italic>-matrix (the off diagonal elements of <italic>A</italic> are nonnegative) and <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the region where the model makes biological sense.</p>
<p>Here we have</p>
<disp-formula id="E57"><label>(54)</label><mml:math id="M92"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Interferon production, <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub> is stopped when most of the uninfected cells are protected.</p>
<p>Therefore, we can deduce from <xref ref-type="disp-formula" rid="E54">Equation 54</xref> that <inline-formula><mml:math id="M93"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is globally asymptotically stable.</p>
<disp-formula id="E58"><label>(55)</label><mml:math id="M94"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E59"><label>(56)</label><mml:math id="M95"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore we have</p>
<disp-formula id="E60"><label>(57)</label><mml:math id="M96"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E611"><label>(58)</label><mml:math id="M98"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0011C;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E62"><label>(59)</label><mml:math id="M99"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The result clearly shows that <italic>A</italic> is an <italic>M</italic>-matrix, as it has non-negative off diagonal elements. Since 0 &#x02264; <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x02264; <italic>N</italic><sub><italic>i</italic></sub>, then it implies that &#x0011C;(<italic>X, Z</italic>) &#x02265; 0. It is also clear that the disease-free equilibrium point <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is globally asymptotically stable (GAS) equilibrium of <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Hence, the disease-free equilibrium <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is globally asymptotically stable.</p>
<p>Theorem 3.3. The disease-free equilibrium of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) is globally asymptotically stable if <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and the assumptions (H1) and (H2) are satisfied.</p>
<p>Remark 3.4. This result rules-out the existence of backward bifurcation in this model setting since the disease-free equilibrium is globally-asymptotically stable when <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></sec></sec>
<sec>
<title>3.3 The endemic equilibrium and its stability</title>
<p>At the endemic equilibrium the cattle population is invaded by the FMD virus. The endemic equilibrium is given as follows:</p>
<disp-formula id="E63"><label>(60)</label><mml:math id="M105"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>satisfies</p>
<disp-formula id="E64"><label>(61)</label><mml:math id="M106"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>for all <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <italic>i</italic> &#x0003D; 1, ..., <italic>n</italic>.</p>
<sec>
<title>3.3.1 The endemic equilibrium</title>
<p>The endemic value of the proportion of uninfected cells is given by</p>
<disp-formula id="E65"><label>(62)</label><mml:math id="M108"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We deduce from <xref ref-type="disp-formula" rid="E62">Equation 62</xref> that the equilibrium state associated with the proportion of uninfected cells is proportional to the rate at which virus is cleared, the amount of antibody produced, the strength of transmission between individuals within a spatial network as well as the rate of infection of cells in the blood. The endemic value of infected cells is expressed as follows:</p>
<disp-formula id="E66"><label>(63)</label><mml:math id="M109"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We deduce from <xref ref-type="disp-formula" rid="E63">Equation 63</xref> that the equilibrium state related to the infected cells corresponds to the rate of infected cells bursting, the amount of antibody produced, the strength of transmission between individuals within a spatial network, the rate of infection of cells in the blood and to the clearance rate of virus. The endemic value of the non-infectious material is given by</p>
<disp-formula id="E67"><label>(64)</label><mml:math id="M110"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We deduce from <xref ref-type="disp-formula" rid="E64">Equation 64</xref> that the equilibrium state associated with the non-infectious material from the burst infected cells is proportional to the rate at which the virus is cleared, the amount of antibody produced and the rate of infected cells bursting. The endemic value of the virus-antibody complex is given by</p>
<disp-formula id="E68"><label>(65)</label><mml:math id="M111"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We deduce from <xref ref-type="disp-formula" rid="E65">Equation 65</xref> that the equilibrium state related to virus-antibody complex corresponds to the amount of antibody produced, the rate of clearance of virus-antibody complexes and the clearance rate of the virus. The endemic value of virions in blood is given by</p>
<disp-formula id="E69"><label>(66)</label><mml:math id="M112"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We deduce from <xref ref-type="disp-formula" rid="E66">Equation 66</xref> that the equilibrium state associated with virions in blood corresponds to the rate of bursting of infected cells as well as the rate of infection of cells from the blood. The endemic value of the interferon is given by</p>
<disp-formula id="E70"><label>(67)</label><mml:math id="M113"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We deduce from <xref ref-type="disp-formula" rid="E67">Equation 67</xref> that the equilibrium state associated with the background production of interferon, background clearance of interferon as well as production rate of interferon. Therefore, the endemic equilibrium of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E62">Equations 62</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E67">67</xref> depend on both microscale and macroscale parameters.</p></sec>
<sec>
<title>3.3.2 The existence of the endemic equilibrium state</title>
<p>This section gives some solutions regarding the existence of an endemic equilibrium for the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) implementing the threshold parameter, <inline-formula><mml:math id="M114"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p>Theorem 3.5. The multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) formulated in terms of proportions has at least one endemic equilibrium solution given by</p>
<disp-formula id="E71"><label>(68)</label><mml:math id="M115"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> all non-negative for all <italic>i</italic> &#x0003D; 1, ..., <italic>n</italic>, whose existence and properties are determined by the threshold parameter <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> where</p>
<disp-formula id="E72"><label>(69)</label><mml:math id="M118"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><bold>Proof</bold>. Let <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> be a constant solution of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>). We can simply present <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in terms of <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in the form</p>
<disp-formula id="E73"><label>(70)</label><mml:math id="M122"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>We substitute the equations in (<xref ref-type="disp-formula" rid="E7">Equation 7</xref>0) into the expression for <italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub> to give the following:</p>
<disp-formula id="E74"><label>(71)</label><mml:math id="M123"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E75"><label>(72)</label><mml:math id="M124"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M126"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula></p>
<p>Consequently, there exists one unique endemic equilibrium for the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) whenever <inline-formula><mml:math id="M127"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p></sec>
<sec>
<title>3.3.3 Local stability of the endemic equilibrium</title>
<p>In this section we find the local asymptotic stability of the endemic steady state of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>)through the implementation of the center manifold theory detailed in Castillo-Chavez et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. Therefore, by applying the theory we change variables of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>). We now set <italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>2</sub>, <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>3</sub>, <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>4</sub>, <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>5</sub>, <italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>6</sub>, <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>7</sub> and <italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>8</sub>. We also apply the vector notation <inline-formula><mml:math id="M128"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> so that the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) can be expressed as follows:</p>
<disp-formula id="E76"><label>(73)</label><mml:math id="M129"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>f</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E77"><label>(74)</label><mml:math id="M130"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>f</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore, the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) can be rewritten as</p>
<disp-formula id="E78"><label>(75)</label><mml:math id="M131"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E79"><mml:math id="M133"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The approach encompasses calculating the Jacobian matrix of the multiscale system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E75">Equation 75</xref>) at the disease-free equilibrium <italic>E</italic><sub>0</sub> signified by <italic>J</italic>(<italic>E</italic><sub>0</sub>). The matrix corresponding to the multiscale system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E75">Equation 75</xref>) evaluated at the disease-free equilibrium is given by</p>
<disp-formula id="E80"><label>(76)</label><mml:math id="M134"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E81"><label>(77)</label><mml:math id="M135"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>By making use of an approach similar to the approach in Section 3.2.3, we can obtain the basic reproductive number of the multiscale system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E75">Equation 75</xref>) given by</p>
<disp-formula id="E82"><label>(78)</label><mml:math id="M136"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Setting &#x003F5; &#x0003D; &#x003F5;<sup>&#x0002A;</sup> as the bifurcation parameter and also, letting <inline-formula><mml:math id="M137"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and determining &#x003F5;<sup>&#x0002A;</sup> in <xref ref-type="disp-formula" rid="E78">Equation 78</xref>, this gives</p>
<disp-formula id="E83"><label>(79)</label><mml:math id="M138"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover class="overset"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We can highlight that the linearized system of the transformed equations (<xref ref-type="disp-formula" rid="E75">Equation 75</xref>) with bifurcation point &#x003F5;<sup>&#x0002A;</sup> has a simple zero eigenvalue. Consequently, the center manifold theory [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>] can be utilized to examine the dynamics of the multiscale system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E75">Equation 75</xref>) close to &#x003F5;<sup>&#x0002A;</sup>.</p>
<p>Theorem 3.6. Consider the following general system of ordinary differential equations with parameter &#x003D5;:</p>
<disp-formula id="E84"><label>(80)</label><mml:math id="M139"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E85"><mml:math id="M140"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>R</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>R</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>R</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where 0 is an equilibrium of the system, that is, <italic>f</italic>(0, &#x003D5;) &#x0003D; 0 for all &#x003D5;, and assume that</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(A1) <italic>A</italic> &#x0003D; <italic>D</italic><sub><italic>x</italic></sub><italic>f</italic>(0, 0) &#x0003D; ((&#x1D521;<italic>f</italic><sub><italic>i</italic></sub>/&#x1D521;<italic>x</italic><sub><italic>j</italic></sub>)(0, 0)) is a linearization matrix of the multiscale system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E75">Equation 75</xref>) around the equilibrium 0 with &#x003D5; evaluated at 0. Zero is a simple eigenvalue of <italic>A</italic>, and other eigenvalues have negative real parts.</p></list-item>
<list-item><p>(A2) matrix <italic>A</italic> has a right eigenvector u and a left eigenvector v corresponding to the zero eigenvalues.</p></list-item>
</list>
<p>Let <italic>f</italic><sub><italic>k</italic></sub> be the kth component of <italic>f</italic> and</p>
<disp-formula id="E86"><label>(81)</label><mml:math id="M141"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>The local dynamics of <xref ref-type="disp-formula" rid="E80">Equation 80</xref> around 0 are totally governed by <italic>a</italic> and <italic>b</italic> and are summarized as follows.</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(i) <italic>a</italic> &#x0003E; 0 and <italic>b</italic> &#x0003E; 0. When &#x003D5; &#x0003C; 0 with |&#x003D5;| &#x0226A; 1, 0 is locally asymptotically stable, and there exists a positive unstable equilibrium: when 0 &#x0003C; &#x003D5; &#x0226A; 1, 0 is unstable and there exists a negative and locally asymptotically stable equilibrium.</p></list-item>
<list-item><p>(ii) <italic>a</italic> &#x0003C; 0 and <italic>b</italic> &#x0003C; 0. When &#x003D5; &#x0003C; 0 with |&#x003D5;| &#x0226A; 1, 0 is unstable, when 0 &#x0003C; &#x003D5; &#x0226A; 1, 0 is asymptotically stable, and there exists a positive unstable equilibrium.</p></list-item>
<list-item><p>(iii) <italic>a</italic> &#x0003E; 0 and <italic>b</italic> &#x0003C; 0. When &#x003D5; &#x0003C; 0 with |&#x003D5;| &#x0226A; 1, 0 is unstable, and there exists a locally asymptotically stable negative equilibrium; when 0 &#x0003C; &#x003D5; &#x0226A; 1, 0 is stable and a positive unstable equilibrium appears.</p></list-item>
<list-item><p>(iv) <italic>a</italic> &#x0003C; 0 and <italic>b</italic> &#x0003E; 0. When &#x003D5; changes from negative to positive, 0 changes its stability from stable to unstable. Correspondingly a negative unstable equilibrium becomes positive and locally asymptotically stable.</p></list-item>
</list>
<p>To implement Theorem 3.6, the following calculations are necessary (note that &#x003F5;<sup>&#x0002A;</sup> is the bifurcation parameter instead of &#x003D5; in Theorem 3.6).</p>
<p>When <inline-formula><mml:math id="M142"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we can demonstrate that the Jacobian matrix of the multiscale system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E75">Equation 75</xref>) at &#x003F5;<sup>&#x0002A;</sup> (denoted by <inline-formula><mml:math id="M143"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>) has a right eigenvector corresponding to the zero eigenvalue expressed below:</p>
<disp-formula id="E87"><label>(82)</label><mml:math id="M144"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>such that</p>
<disp-formula id="E88"><label>(83)</label><mml:math id="M145"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E89"><label>(84)</label><mml:math id="M146"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Furthermore, the left eigenvector of the jacobian matrix in <xref ref-type="disp-formula" rid="E76">Equation 76</xref> corresponding to the zero eigenvalue at &#x003F5;<sup>&#x0002A;</sup> such that</p>
<disp-formula id="E90"><label>(85)</label><mml:math id="M147"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and satisfying the condition <bold>v.u</bold> &#x0003D; 1.</p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="E85">Equation 85</xref> we obtain:</p>
<disp-formula id="E91"><label>(86)</label><mml:math id="M149"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='bold'><mml:mtext>v</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E92"><label>(87)</label><mml:math id="M150"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>When we determine the dot product <bold>v.u</bold> &#x0003D; 1 we obtain</p>
<disp-formula id="E93"><label>(88)</label><mml:math id="M151"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>v</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>u</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></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:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></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:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>We now calculate the parameters of bifurcation <italic>a</italic> and <italic>b</italic>, by determining the value of the nonzero second-order mixed derivatives of <bold>F</bold> in regard to the variables and &#x003F5;<sup>&#x0002A;</sup> to get the signs of <italic>a</italic> and <italic>b</italic>. The sign of <italic>a</italic> corresponds to the following nonvanishing partial derivatives of <bold>F</bold>:</p>
<disp-formula id="E94"><label>(89)</label><mml:math id="M152"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Similarly, the sign of <italic>b</italic> corresponds to the following non-vanishing partial derivatives of <bold>F</bold>:</p>
<disp-formula id="E95"><label>(90)</label><mml:math id="M153"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="E84">Equations 84</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E87">87</xref>, and <xref ref-type="disp-formula" rid="E89">89</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="E81">Equation 81</xref>, we get</p>
<disp-formula id="E96"><label>(91)</label><mml:math id="M154"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>On the other hand, when we substitute <xref ref-type="disp-formula" rid="E84">Equations 84</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="E87">87</xref>, and <xref ref-type="disp-formula" rid="E90">90</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="E81">Equation 81</xref>, we get</p>
<disp-formula id="E97"><label>(92)</label><mml:math id="M155"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>When <italic>d</italic><sub>2</sub><italic>d</italic><sub>5</sub> &#x0003E; <italic>d</italic><sub>1</sub><italic>d</italic><sub>6</sub> then <italic>a</italic> &#x0003E; 0 and <italic>b</italic> &#x0003E; 0. It follows that the FMD multiscale model (<xref ref-type="disp-formula" rid="E75">Equation 75</xref>) exhibits a backward bifurcation whenever the threshold parameter <inline-formula><mml:math id="M156"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> crosses unity. This shows the co-existence of disease-free and endemic equilibrium at <inline-formula><mml:math id="M157"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> slightly less than unity. Implementing Theorem 3.6, item (i), enables us to establish the following result which is only valid for <inline-formula><mml:math id="M158"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> but near 1. When forward bifurcation occurs, the condition <inline-formula><mml:math id="M159"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> is usually a necessary and sufficient condition for disease eradication, however, it is no longer sufficient when a backward bifurcation occurs. In the case of backward bifurcation there exists a subcritical transcritical bifurcation at <inline-formula><mml:math id="M160"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and a saddle-node bifurcation at <inline-formula><mml:math id="M161"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. On the other hand, when <italic>d</italic><sub>2</sub><italic>d</italic><sub>5</sub>&#x0003C;<italic>d</italic><sub>1</sub><italic>d</italic><sub>6</sub> then <italic>a</italic> &#x0003C; 0 and <italic>b</italic> &#x0003C; 0. Implementing Theorem 3.6, item (ii), enables us to establish the following result which is only valid for <inline-formula><mml:math id="M162"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> but near 1.</p>
<p><bold> Theorem 3.7</bold>. The FMD endemic steady state of model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) guaranteed by Theorem 3.6 is locally asymptotically stable for <inline-formula><mml:math id="M163"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> near 1.</p></sec></sec></sec>
<sec id="s4">
<title>4 Numerical analysis</title>
<p>This section presents computer simulations for the multiscale model system&#x00027;s (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) behavior performed using Python program version 3.6 on the Windows 10 operation system. The numerical simulations of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) were carried out to explain some of the systematic results that we obtained. We used the estimated parameter values presented in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref> for sensitivity and numerical analysis. A certain amount of the parameter values implemented in the simulations are results from publications and the others are estimates. The following are initial conditions implemented for these simulations: <inline-formula><mml:math id="M164"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>for each individual <italic>i</italic>. We considered a population of <italic>n</italic> &#x0003D; 100 individuals in a spatial network.</p>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>Model parameter values corresponding to the transmission dynamics of FMD.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Symbol</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Description</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Range explored</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Value</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Unit</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>References</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003F5;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Rate of infection of cells from the blood</td>
<td valign="top" align="center">[0.003; 0.05]</td>
<td valign="top" align="center">0.03</td>
<td valign="top" align="center">TCID<sub>50</sub>mlh<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">[<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B6;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Bursting rate of infected cells</td>
<td valign="top" align="center">[0 ;1]</td>
<td valign="top" align="center">0.23</td>
<td valign="top" align="center">h<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">[<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B3;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Non-infectious material per TCID<sub>50</sub>ml<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">[0.001, 0.5]</td>
<td valign="top" align="center">0.01</td>
<td valign="top" align="center">None</td>
<td valign="top" align="center">[<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C3;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Rate of clearance of virus-antibody complexes</td>
<td valign="top" align="center">[0.00001; 0.2]</td>
<td valign="top" align="center">0.009</td>
<td valign="top" align="center">h<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">[<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B7;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Rate at which interferon is produced per complexes</td>
<td valign="top" align="center">[0.01; 0.5]</td>
<td valign="top" align="center">0.03</td>
<td valign="top" align="center">TCID50<sup>-1</sup>mlh<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">[<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BA;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Protection rate of uninfected cells</td>
<td valign="top" align="center">[0.0001; 0.1]</td>
<td valign="top" align="center">0.001</td>
<td valign="top" align="center">cell<sup>&#x02212;1</sup>h<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">[<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BC;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Interferon rate of production</td>
<td valign="top" align="center">[0.001; 0.5]</td>
<td valign="top" align="center">0.06</td>
<td valign="top" align="center">IU ml<sup>&#x02212;1</sup> h<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">[<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BE;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Interferon rate of clearance</td>
<td valign="top" align="center">[0.001; 0.1]</td>
<td valign="top" align="center">0.056</td>
<td valign="top" align="center">h<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">[<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003D5;<sub><italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub></td>
<td valign="top" align="left">Production rate of antibody</td>
<td valign="top" align="center">[0; 100]</td>
<td valign="top" align="center">10</td>
<td valign="top" align="center">LPBE-titer h<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">[<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B2;<sub><italic>ij</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Transmission rate of FMDV virus between hosts</td>
<td valign="top" align="center">[0.001; 0.9]</td>
<td valign="top" align="center">0.5</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">Estimate</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C9;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Clearance rate of virus</td>
<td valign="top" align="center">[0.0033; 0.3]</td>
<td valign="top" align="center">0.06</td>
<td valign="top" align="center">LPBE-titer<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="center">[<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<disp-formula id="E98"><label>(93)</label><mml:math id="M167"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x01D539;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>05</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The matrix <italic>B</italic> in <xref ref-type="disp-formula" rid="E93">Equation 93</xref> is a transmission matrix with elements &#x003B2;<sub><italic>ij</italic></sub>, describes the transmission strength from individual <italic>i</italic> to individual <italic>j</italic> and &#x003B2;<sub>11</sub> &#x0003D; &#x003B2;<sub>22</sub> &#x0003D; &#x003B2;<sub>33</sub> &#x0003D; &#x003B2;<sub>44</sub> &#x0003D; &#x003B2;<sub>55</sub> &#x0003D; 0.</p>
<p>From <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref> <inline-formula><mml:math id="M168"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>94</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<table-wrap position="float" id="T3">
<label>Table 3</label>
<caption><p>Model parameter values for <inline-formula><mml:math id="M179"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of five individuals.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold><italic>i</italic></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>&#x003F5;<sub><italic>i</italic></sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic><sub><italic>i</italic></sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>&#x003D5;<sub><italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>&#x003C9;<sub><italic>i</italic></sub></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><inline-formula><mml:math id="M180"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">1</td>
<td valign="top" align="center">0.003</td>
<td valign="top" align="center">10</td>
<td valign="top" align="center">10</td>
<td valign="top" align="center">0.3</td>
<td valign="top" align="center">1.27</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2</td>
<td valign="top" align="center">0.009</td>
<td valign="top" align="center">20</td>
<td valign="top" align="center">20</td>
<td valign="top" align="center">0.1</td>
<td valign="top" align="center">1.94</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">3</td>
<td valign="top" align="center">0.01</td>
<td valign="top" align="center">200</td>
<td valign="top" align="center">300</td>
<td valign="top" align="center">0.01</td>
<td valign="top" align="center">1.90</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">4</td>
<td valign="top" align="center">0.02</td>
<td valign="top" align="center">80</td>
<td valign="top" align="center">100</td>
<td valign="top" align="center">0.033</td>
<td valign="top" align="center">1.61</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">5</td>
<td valign="top" align="center">0.05</td>
<td valign="top" align="center">50</td>
<td valign="top" align="center">1000</td>
<td valign="top" align="center">0.02</td>
<td valign="top" align="center">0.31</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<sec>
<title>4.1 Sensitivity analysis</title>
<sec>
<title>4.1.1 Local sensitivity analysis</title>
<p>We now perform sensitivity analysis to evaluate the relative change in the basic reproduction number, <inline-formula><mml:math id="M169"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> when the microscale and macroscale parameters of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) change. We made use of the normalized forward sensitivity index of the basic reproduction number, <inline-formula><mml:math id="M170"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) to each of the model parameters. The normalized forward sensitivity index of a variable to a parameter is typically defined as &#x0201C;the ratio of the relative change in the variable to the relative change in the parameter&#x0201D; [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. Hence, if we let <inline-formula><mml:math id="M171"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> be a differentiable function of the parameter <italic>u</italic>, then the normalized forward sensitivity index of <inline-formula><mml:math id="M172"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at <italic>u</italic> is defined as</p>
<disp-formula id="E99"><label>(94)</label><mml:math id="M173"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the quotient <inline-formula><mml:math id="M174"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is applied to normalize the coefficient by removing the effect of units [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. From <inline-formula><mml:math id="M175"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="E37">Equation 37</xref> and the parameter values in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref> we obtain the following</p>
<disp-formula id="E100"><label>(95)</label><mml:math id="M176"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msubsup><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.0463917526</mml:mn><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msubsup><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.0257731959</mml:mn><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msubsup><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.0463917526</mml:mn><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>The reproduction number is most sensitive to the changes on the microscale parameter &#x003C9;<sub>2</sub>, rate at which virus is cleared in individual 2. This implies that with prophylaxis interventions the virus can be cleared at a much faster rate. Since <inline-formula><mml:math id="M177"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, increasing &#x003C9; by 10% decreases the reproduction number by 10%. A similar argument is applied to &#x003D5;<sub><italic>A</italic><sub>2</sub></sub> to production rate of antibodies. The reproduction number also shows some notable sensitivity to changes on another microscale parameter &#x003F5;<sub>2</sub>, the infection rate of cells from the blood in individual 2. This implies an increased lysis of cells leading to significant pathogen shedding and spread of FMD throughout the population. Since <inline-formula><mml:math id="M178"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>&#x00393;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>046391726</mml:mn></mml:math></inline-formula>, increasing &#x003F5;<sub>2</sub> by 10% also increases the reproduction number by 0.4639%. A similar argument is also applied to <italic>N</italic><sub>2</sub> and &#x003B2;<sub>21</sub>. The sensitivity analysis is summarized in <xref ref-type="table" rid="T4">Table 4</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T4">
<label>Table 4</label>
<caption><p>Sensitivity indices of model reproduction number <inline-formula><mml:math id="M181"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to parameters for model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>), evaluated at the parameter values presented in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Parameter</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Description</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Sensitivity index with positive sign</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Sensitivity index with negative sign</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B2;<sub>21</sub></td>
<td valign="top" align="left">Rate of transmission from 1 to 2</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;0.0257731959</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003F5;<sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">Infection rate of cells from the blood in individual 2</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;0.0463917526</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C9;<sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">Controls the rate at which virus is cleared</td>
<td/>
<td valign="top" align="center">&#x02013;1</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>N</italic><sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">Initial number of uninfected epithelial cells</td>
<td valign="top" align="center">&#x0002B;0.0463917526</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">&#x003D5;<sub><italic>A</italic><sub>2</sub></sub></td>
<td valign="top" align="left">Production rate of antibody</td>
<td/>
<td valign="top" align="center">-1</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec>
<title>4.1.2 Global sensitivity analysis</title>
<p>This section presents the analysis of sensitivity for the FMDV transmission indicators obtained from the multiscale model to the model parameters. The transmission indicator we consider is the basic reproductive number, <inline-formula><mml:math id="M182"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> that generally describes the dynamics for a disease at the beginning of an infection. For any particular epidemic model that illustrates the disease dynamics within a particular population, a sensitivity analysis study is important to perform since it enables us to establish model parameters which can be marked for control, elimination as well as eradication of disease. Therefore, the analysis of sensitivity of the FMDV metric <inline-formula><mml:math id="M183"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, in relation to the variation of FMD multiscale model parameters is carried out by implementing Latin Hypercube Sampling and Partial Rank Correlation Coefficients (PRCCs). In order to explore the influence of each model parameter on the basic reproduction number, <inline-formula><mml:math id="M184"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> we performed 1,000 simulations per run. The results of sensitivity of <inline-formula><mml:math id="M185"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to the model parameters are presented by the Tornado plot in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Tornado plot of partial rank correlation coefficients (PRCCs) of the multiscale model parameters that impact the FMDV transmission indicator <inline-formula><mml:math id="M186"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<alt-text>Horizontal bar chart displaying various variables labeled with Greek letters and symbols on the left. Bars extend to both positive and negative values, with notable lengths for &#x003D5;i, Ni, and &#x003F5;i. The x-axis ranges from -0.8 to 0.4.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0002.tif"/>
</fig>
<p>According to the sensitivity analysis results of <inline-formula><mml:math id="M187"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to the multiscale model system&#x00027;s (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) parameters obtained in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>, we deduce these outcomes:</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(a) The multiscale model system&#x00027;s (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) parameters have both positive PRCCs and negative PRCCs. This implies that parameters with positive PRCCs will increase the value of <inline-formula><mml:math id="M188"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> as they are increased, where as parameters with negative PRCCs will decrease the value for <inline-formula><mml:math id="M189"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> as they are increased. For example, an increase in a parameter such as rate of infection of cells from the blood, &#x003F5;<sub><italic>i</italic></sub> at the within-host level will consequently increase the value of <inline-formula><mml:math id="M190"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and also increasing a parameter such as rate at which virus is cleared, &#x003C9;<sub><italic>i</italic></sub> leads to decrease in <inline-formula><mml:math id="M191"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
<list-item><p>(b) The FMDV transmission metric <inline-formula><mml:math id="M192"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is extremely sensitive to five of the disease parameters of the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>), ( &#x003B2;<sub><italic>ij</italic></sub>, <italic>N</italic><sub><italic>i</italic></sub>, &#x003D5;<sub><italic>i</italic></sub>, &#x003C9;<sub><italic>i</italic></sub>, &#x003F5;<sub><italic>i</italic></sub>). We note that <inline-formula><mml:math id="M193"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> indicates spread of FMDV during the beginning of the outbreak. The following conclusions regarding sensitivity of <inline-formula><mml:math id="M194"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to the FMDV multiscale model system&#x00027;s (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) parameters can be established.</p></list-item></list>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(i) Since <inline-formula><mml:math id="M195"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is significantly sensitive to (&#x003B2;<sub><italic>ij</italic></sub>, <italic>N</italic><sub><italic>i</italic></sub>, &#x003D5;<sub><italic>i</italic></sub>, &#x003C9;<sub><italic>i</italic></sub>, &#x003F5;<sub><italic>i</italic></sub>), this implies that caution must be applied on the accuracy of these five FMDV multiscale model system&#x00027;s (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) parameters during the collection of data if the effectiveness and usefulness of the FMDV multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) is to be intensified.</p></list-item>
<list-item><p>(ii) In view of the fact that <inline-formula><mml:math id="M196"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is responsive to the transmission rate between the cattle, &#x003B2;<sub><italic>ij</italic></sub> (the between-host level parameter) it implies that FMD interventions such as quarantines would be more effective to control the spread of FMD infection at the beginning of the outbreak.</p></list-item>
<list-item><p>(iii) Since <inline-formula><mml:math id="M197"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is significantly sensitive to the initial susceptible epithelial cells, <italic>N</italic><sub><italic>i</italic></sub> (the within-host level parameter) and the rate of infection of cells from the blood, &#x003F5;<sub><italic>i</italic></sub> this implies that FMD interventions such as vaccination (which reduces susceptible epithelial cells within the cattle) would be more effective to control the spread of FMD infection at the beginning of outbreak.</p></list-item>
<list-item><p>(iv) Since <inline-formula><mml:math id="M198"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is significantly sensitive to the rate of production of antibodies, &#x003D5;<sub><italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub> and rate at which FMDV virus is cleared, &#x003C9;<sub><italic>i</italic></sub> this implies that FMD interventions such as vaccination (which increases the rate of antibody production and clearance of FMDV virus) would be more effective to control the spread of FMD infection at the beginning of outbreak.</p></list-item></list></sec></sec>
<sec>
<title>4.2 Numerical simulations of the multiscale model of FMD transmission dynamics</title>
<p>This section enables us to implement numerical simulations to substantiate some outcomes obtained from the sensitivity analysis for <inline-formula><mml:math id="M199"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and analytical results of the multiscale model. Applying the multiscale model parameter values obtained from <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref> we carried out the numerical simulations. We demonstrate the impact of five FMD transmission parameters (&#x003B2;<sub><italic>ij</italic></sub>, <italic>N</italic><sub><italic>i</italic></sub>, &#x003D5;<sub><italic>i</italic></sub>, &#x003C9;<sub><italic>i</italic></sub>, &#x003F5;<sub><italic>i</italic></sub>) on the multiscale model variables <italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub>. These parameters were only selected because they are significantly sensitive to <inline-formula><mml:math id="M200"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<sec>
<title>4.2.1 Influence of within-host scale parameters of the FMD multiscale model dynamics</title>
<p>In this section, we demonstrate by implementing numerical simulations the impact of within-host scale parameters</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> represents the graphs of numerical results of model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) demonstrating the progression in time of (a) concentration of virions in the blood for individual 1, <italic>V</italic><sub>1</sub>, (b) concentration of virions in the blood for individual 2, <italic>V</italic><sub>2</sub>, (c) infected cells for individual 1, <italic>F</italic><sub>1</sub>, (d) infected cells for individual 2, <italic>F</italic><sub>2</sub> for variant values of infection rate of cells from the blood for individual 1, &#x003F5;<sub>1</sub>:&#x003F5;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.003, &#x003F5;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.03 and &#x003F5;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.3. From these results we can see that as the rate of infection of cells from the blood for individual 1, &#x003F5;<sub>1</sub> increases, there is significant increase in the concentration of virions in the blood for individual 1, concentration of virions in the blood for individual 2, infected cells for individual 1, infected cells for individual 2. These results reflect that interventions such as vaccination of cattle will reduce the rate of infection of cells from the blood leading to a reduced risk of transmission of FMD for the individual in the community.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Graphs of numerical results of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) demonstrating the advancement with time of <bold>(a)</bold> concentration of virions in the blood for individual 1, <italic>V</italic><sub>1</sub>, <bold>(b)</bold> concentration of virions in the blood for individual 2, <italic>V</italic><sub>2</sub>, <bold>(c)</bold> infected cells for individual 1, <italic>F</italic><sub>1</sub>, <bold>(d)</bold> infected cells for individual 2, <italic>F</italic><sub>2</sub> for variant values of infection rate of cells from the blood for individual 1, &#x003F5;<sub>1</sub>:&#x003F5;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.003, &#x003F5;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.03 and &#x003F5;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.3.</p></caption>
<alt-text>Four graphs comparing values over time with different parameter settings. (a) Graph of V1 with &#x003B5;1 &#x0003D; 0.003, 0.03, 0.3, showing sharp peaks around day 5, then declining. (b) Graph of V2 with similar parameter settings, depicting a rapid rise and fall. (c) Graph of F1, displaying peaks similar to V1. (d) Graph of F2, mirroring V2 pattern. Axes represent time in days and corresponding V or F values. Legends indicate parameter &#x003B5;1 with color-coded lines.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0003.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> demonstrates the impact of variation of rate at which virus is cleared, &#x003C9;<sub>1</sub>:&#x003C9;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.006, &#x003C9;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.06 and &#x003C9;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.6 on the within-host scale variables <italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub>. The outcomes demonstrate that a decrease in &#x003C9; is related to an increment in the within-cattle scale variables (<italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub>). An increment in the within-cattle scale variables like <italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub> and <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub> implies that there is an increase in FMDV shedding into the environment and an increase in the strength of transmission of FMDV, &#x003B2;, throughout the cattle population. The within-host scale variables <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub> represent the early immune response which intensifies as rate at which virus is cleared decreases. These results reflect that interventions such as vaccination of cattle will increase the clearance rate of virus leading to a reduced risk of transmission of FMD for each individual in the community. This can be justified by <xref ref-type="disp-formula" rid="E36">Equation 36</xref>, which shows that when the clearance rate of virus is increased, the value of <italic>R</italic><sub>0</sub> decreased.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Graphs of numerical results of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) demonstrating the advancement with time of <bold>(a)</bold> concentration of virions in the blood for individual 1, <italic>V</italic><sub>1</sub>, <bold>(b)</bold> concentration of virions in the blood for individual 2, <italic>V</italic><sub>2</sub>, <bold>(c)</bold> infected cells for individual 1, <italic>F</italic><sub>1</sub>, <bold>(d)</bold> infected cells for individual 2, <italic>F</italic><sub>2</sub> for variant values of rate at which virus is cleared for individual 1, &#x003C9;<sub>1</sub>:&#x003C9;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.006, &#x003C9;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.06 and &#x003C9;<sub>1</sub> &#x0003D; 0.6.</p></caption>
<alt-text>Four line graphs show data over 50 days with varying parameters &#x003C9;i. Panels (a) and (c) display graphs for V1 and F1, with a red, green, and blue line indicating &#x003C9;1 &#x0003D; 0.006, 0.06, 0.6. Panels (b) and (d) show graphs for V2 and F2, following the same pattern. All graphs show a decrease over time, with higher &#x003C9;i values leading to quicker declines.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0004.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>4.2.2 Influence of between-host scale parameters of the FMD multiscale model dynamics</title>
<p><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> represents the graphs of numerical results of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) demonstrating the advancement with time of all model variables for variant values of rate of transmission of virus from individual 2 to individual 1, &#x003B2;<sub>21</sub>:&#x003B2;<sub>21</sub> &#x0003D; 0.003, &#x003B2;<sub>21</sub> &#x0003D; 0.03 and &#x003B2;<sub>21</sub> &#x0003D; 0.3. Results indicate that as the rate of transmission of virus from individual 2 to individual 1 increases, there is an increase in the within-cattle scale variables such as <italic>V</italic><sub>1</sub> and <italic>F</italic><sub>1</sub>. Intervention strategies such as quarantines would be more effective in reducing the rate of transmission. This can be justified by <xref ref-type="disp-formula" rid="E36">Equation 36</xref>, which shows that when the rate of transmission of virus from individual 2 to individual 1 is decreased, the value of <italic>R</italic><sub>0</sub> decreased.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Graphs of numerical results of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) demonstrating the advancement with time of (a) concentration of virions in the blood for individual 1, <italic>V</italic><sub>1</sub>, (b) concentration of virions in the blood for individual 2, <italic>V</italic><sub>2</sub>, (c) infected cells for individual 1, <italic>F</italic><sub>1</sub>, (d) infected cells for individual 2, <italic>F</italic><sub>2</sub> for variant values of rate of transmission of virus from individual 2 to individual 1, &#x003B2;<sub>21</sub>:&#x003B2;<sub>21</sub> &#x0003D; 0.003, &#x003B2;<sub>21</sub> &#x0003D; 0.03 and &#x003B2;<sub>21</sub> &#x0003D; 0.3.</p></caption>
<alt-text>Graphs showing the effects of different beta values over time in days. Each plot compares three scenarios: &#x003B2;21 = 0.003 (red), &#x003B2;21 = 0.03 (green), and &#x003B2;21 = 0.3 (blue dashed). (a) V1 peaks at around day two, then decreases over 50 days. (b) V2 quickly decreases after an initial peak. (c) F1 shows early peaks with various decline rates. (d) F2 shows a rapid decrease from a high initial value.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0005.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> represents a network visualization based on the degree distribution of 50 cattle as a result of data generated by stochastic simulation approach (source code: <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix B</xref>). The nodes represent cattle in the network and links represent the possible transmissions. The nodes with the highest node degree (number of connections) may indicate the presence of hubs or super-spreaders. Therefore, if hubs exist, targeted interventions such as isolation or vaccination (which reduces susceptible epithelial cells within the cattle) would have a positive impact in controlling the spread of FMD in cattle. Furthermore, the network has a uniform or Poisson distribution of node degree which implies there is lack of clustering and degree correlation that is observed in other complex networks.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>The network visualization based on the degree distribution of 50 cattle.</p></caption>
<alt-text>Network visualization showing nodes connected by lines, representing a degree distribution. Most nodes are clustered at the top, with two isolated nodes labeled 2 and 27 positioned below. Each node is numbered.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0006.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> represents a degree distribution histogram which visualizes how node degrees (number of connections) are distributed in a network. Since the histogram is not heavy-tailed, this does not indicate the existence of super-spreaders or hubs. Therefore, targeted intervention such as vaccination to vulnerable groups would impact positively in controlling the spread of FMD in the cattle population.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>The network degree distribution in the cattle population.</p></caption>
<alt-text>Bar chart titled &#x0201C;Network Degree Distribution&#x0201D; showing the frequency of degrees ranging from zero to seven. The highest frequency is sixteen at degree four, indicating a peak. Other degrees have lower frequencies.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0007.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> shows scatterplots visualizing relationships between various pairs of variables in the FMD multiscale model. For example, there is a strong negative correlation between Infected cells and Interferons. This shows the impact of immune response since the infected cells decrease as the interferons are activated. Furthermore, there is a negative correlation between Infected cells and Virions. This is because as the infected cells burst, their population is reduced resulting in increased amounts of virions in the blood. Therefore, intervention strategies such as vaccination would help to combat the spread of FMD in cattle.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>The relationships between various pairs of variables.</p></caption>
<alt-text>Six scatter plots analyze relationships between variables. Top row: infected cells vs. virions (red), infected vs. protected cells (green), infected cells vs. interferon (cyan). Bottom row: virions vs. antibodies (purple), uninfected cells vs. virus-antibody complex (blue), protected cells vs. antibodies (orange). Each plot shows data points clustered and spread in different configurations, indicating various correlations.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0008.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> consist of the graphs (in black) representing the means of the dynamics for 50 cattle and the graphs (in blue) representing the dynamics of each individual animal for Infected cells (<italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>), Virions in blood, (<italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>), Interferon, (<italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>) and Virus-Antibody Complexes, (<italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>). The graphs indicate heterogeneity in: host susceptibility to infection, the ability of hosts to transmit pathogen to other hosts and host immune response for the 50 cattle (source code: <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">Appendix A</xref>). Therefore, targeted interventions such as vaccination and isolation of the vulnerable group would have more impact in combating the spread of FMD.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p>The graphs (in black) represent the means of the dynamics for 50 cattle and the graphs (in blue) represent the dynamics of each individual animal for Infected cells (<italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>), Virions in blood, (<italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>), Interferon, (<italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>) and Virus-Antibody Complexes, (<italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>).</p></caption>
<alt-text>Four graphs display different dynamics over time in days: Infected Cells, Virion, Interferon, and Virus-Antibody Complexes. Each graph shows multiple blue lines representing data trends, with a black line indicating the mean. The Infected Cells and Virion Dynamics decrease rapidly, while the Interferon Dynamics increase and stabilize. Virus-Antibody Complexes initially rise before declining.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0009.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> shows a correlation heatmap of model variables (<italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub>). Results show that there is a negative correlation between Infected cells and Virions. This is because as the infected cells burst, their population is reduced resulting in increased amounts of virions in the blood. Furthermore, there is a positive correlation between Protected cells and Uninfected cells. This is because as the population of protected cells increases, the population of uninfected cells will also increase. Therefore, intervention strategies such as vaccination (which reduces susceptible epithelial cells within the cattle) would help to combat the spread of FMD.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>Figure 10</label>
<caption><p>The correlation of different pairs of model variables (<italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub>).</p></caption>
<alt-text>Correlation heatmap of model variables showing relationships between four variables: infected cells, virions, protected cells, and uninfected cells. Cells show correlation values, with a red-blue gradient indicating the strength from positive one to negative one.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0010.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref> shows the contact matrix with various transmission probabilities. The darkest color represents the highest transmission probability and lightest color represents the lowest transmission probability. Therefore, targeted intervention strategies such as vaccination or quarantine of vulnerable groups would be more effective in combating the spread of FMD.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>Figure 11</label>
<caption><p>The contact matrix with various transmission probabilities. The darkest color represents the highest transmission probability and lightest color represents the lowest transmission probability.</p></caption>
<alt-text>Heatmap titled &#x0201C;Contact Matrix with Transmission Probabilities,&#x0201D; displaying a grid of 49 by 49 individuals. Colors range from light blue to dark blue, indicating increasing transmission probabilities from zero to one. Darker shades are concentrated around the diagonal.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0011.tif"/>
</fig></sec></sec>
<sec>
<title>4.3 Mean-field approximation (homogeneous mixing) of multiscale model</title>
<p>We now consider the mean-field approximation, a simplification used to reduce complex interactions into an averaged effect. This can be compared with the multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) to explore similarities or deviations.</p>
<disp-formula id="E101"><label>(96)</label><mml:math id="M201"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><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>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E102"><label>(97)</label><mml:math id="M202"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E103"><label>(98)</label><mml:math id="M203"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><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>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E104"><label>(99)</label><mml:math id="M204"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E105"><label>(100)</label><mml:math id="M205"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E106"><label>(101)</label><mml:math id="M206"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E107"><label>(102)</label><mml:math id="M207"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E108"><label>(103)</label><mml:math id="M208"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x0003C; <italic>k</italic> &#x0003E; is the average degree (number of contacts) in the network. The model variables and parameters in model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) have been simplified from the model variables and parameters in model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>). The numerical simulation of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) is given in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref>.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>Figure 12</label>
<caption><p>The graphs represent the dynamics of Infected cells, (<italic>F</italic>), Virions in blood, (<italic>V</italic>), Interferon, (<italic>I</italic>), and Virus-Antibody Complexes, (<italic>C</italic>).</p></caption>
<alt-text>Four graphs illustrate the dynamics of a viral infection over 50 days. Top-left shows infected cells peaking sharply near day 1. Top-right shows a steep decrease in virions. Bottom-left indicates a gradual rise in interferon levels. Bottom-right depicts virus-antibody complexes peaking and then slightly declining.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0012.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref> consists of the graphs representing the dynamics of Infected cells, (<italic>F</italic>), Virions in blood, (<italic>V</italic>), Interferon, (<italic>I</italic>), and Virus-Antibody Complexes, (<italic>C</italic>). Results indicate that the graphs (in black) for model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) representing the means of the dynamics for 50 cattle in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> do not deviate from the mean-field predictions in model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>). It is also important to highlight that multiscale models such as coupled multiscale models and nested multiscale models are examples of mean-field approximations which require more detailed comparison in future studies.</p></sec>
<sec>
<title>4.4 Effects of stochasticity on the model</title>
<p>In this section we introduce a white noise (<italic>dW</italic><sub><italic>Q</italic></sub>/<italic>dt</italic>) (that is, W(t) is a Brownian motion), where <italic>Q</italic> &#x0003D; {<italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub>}, into multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) which becomes</p>
<disp-formula id="E109"><label>(104)</label><mml:math id="M209"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B6;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>We set <italic>W</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003D; <italic>W</italic><sub><italic>V</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>W</italic><sub><italic>F</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>W</italic><sub><italic>U</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>W</italic><sub><italic>P</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>W</italic><sub><italic>I</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>W</italic><sub><italic>A</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>W</italic><sub><italic>C</italic></sub>(<italic>t</italic>), <italic>W</italic><sub><italic>J</italic></sub>(<italic>t</italic>) an 8-dimensional Wiener process that is defined on this probability space. Further, the constants &#x003C3;<sub><italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub>, &#x003C3;<sub><italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub>, &#x003C3;<sub><italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub>, &#x003C3;<sub><italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub>, &#x003C3;<sub><italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub>, &#x003C3;<sub><italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub>, &#x003C3;<sub><italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub>, &#x003C3;<sub><italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub></sub> and non-negative and describe the intensities of the stochastic pertubations. Let us assume that the components of the 1-dimensional Wiener process <italic>W</italic><sub><italic>i</italic></sub> are mutually independent. It can be shown that the SDE model (<xref ref-type="disp-formula" rid="E104">Equation 104</xref>) has at least a unique global solution in order for the model to have meaning and also that the solution will always remain positive whenever the initial conditions are positive. Let us consider the following theorem.</p>
<p><bold> Proposition 1</bold>. For <xref ref-type="disp-formula" rid="E104">Equation 104</xref> and any initial value in <inline-formula><mml:math id="M210"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, there is a unique solution<italic>L</italic> &#x0003D; (<italic>V</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>F</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>U</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>A</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>J</italic><sub><italic>i</italic></sub>) where <italic>i</italic> &#x0003D; 1, ..., <italic>n</italic> of the system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E104">Equation 104</xref>) for <italic>t</italic> &#x02265; 0 which will remain in <inline-formula><mml:math id="M211"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> with probability one.</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref> demonstrates the graphs of numerical results of infectious virions in blood in the 1st individual, <italic>V</italic><sub>1</sub> of the multiscale SDE model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E104">Equation 104</xref>) with the ODE multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) solutions. For the Stochastic differential equation the intensity of the stochastic pertubations &#x003C3; &#x0003D; 0.3. The solution for the stochastic multiscale model is obtained using the Milsten method.</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>Figure 13</label>
<caption><p>Graphs of numerical results of infectious virions in blood in the 1st individual, <italic>V</italic><sub>1</sub> of the multiscale SDE model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E104">Equation 104</xref>) with the ODE multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) solutions. For the Stochastic differential equation the intensity of the stochastic pertubations &#x003C3; &#x0003D; 0.3.</p></caption>
<alt-text>Graph showing the concentration of virions in the blood of individual one over 100 hours. The concentration, shown in red and blue, rapidly decreases from 450 to close to zero within 20 hours.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0013.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F14">Figure 14</xref> demonstrates the graphs of numerical results of the infected cells in the 1st individual, <italic>F</italic><sub>1</sub> of the multiscale SDE model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E104">Equation 104</xref>) with the ODE multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) solutions. For the Stochastic differential equation the intensity of the stochastic pertubations &#x003C3; &#x0003D; 0.3. The solution for the stochastic multiscale model is obtained using the Milsten method.</p>
<fig id="F14" position="float">
<label>Figure 14</label>
<caption><p>Graphs of numerical results of the infected cells in the 1st individual, <italic>F</italic><sub>1</sub> of the multiscale SDE model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E104">Equation 104</xref>) with the ODE multiscale model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="E1">Equations 1</xref>&#x02013;<xref ref-type="disp-formula" rid="E8">8</xref>) solutions. For the Stochastic differential equation the intensity of the stochastic pertubations &#x003C3; &#x0003D; 0.3.</p></caption>
<alt-text>Line graph showing the decline in infected cells in an individual over 100 days. The vertical axis represents the number of infected cells, peaking at around 450, while the horizontal axis shows time in days. Two lines depict trends, with the red line labeled &#x0201C;F1&#x0201D; displaying a rapid decrease, reaching near zero by day 20.</alt-text>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-11-1608265-g0014.tif"/>
</fig>
</sec></sec>
<sec id="s5">
<title>5 Discussion and conclusions</title>
<p>The primary contribution of this study to scientific understanding is the development of an individual-based multiscale network model, grounded in the replication-transmission relativity theory, which integrates the within-host and between-host dynamics of infectious disease systems. It incorporates the pathogen replication cycle at the within-host level, utilizing Foot-and-mouth disease (FMD) in cattle as a case study. A key characteristic of individual-based multiscale network models is the variation in (i) host susceptibility to infection, (ii) the capability of hosts to transmit the pathogen to others, (iii) the immune response of hosts, and (iv) host behavior. Based on the sensitivity analysis, it is evident that the reproduction number is influenced by certain parameters, including the transmission rate among cattle (a between-host parameter), the initial count of susceptible epithelial cells, the rate at which cells become infected from the blood, the antibody production rate, and the rate at which the FMD virus is eliminated (within-host parameters). This suggests that interventions for FMD, such as vaccination (which activates the immune response to eliminate the FMD virus and thus lowers replication), along with bio-security measures like disinfecting vehicles, equipment, and footwear, as well as isolating new animals prior to their introduction, would be more effective in curbing the spread of FMD at the onset of an outbreak. Numerical simulations were conducted to demonstrate the influence of model parameters designated for controlling, eliminating, and eradicating FMD. The results of the simulations suggest that non-pharmacological strategies such as disinfection, quarantine, wildlife management, surveillance, and early detection can be utilized to reduce the transmission rate of FMDV within the cattle population. Additionally, the analysis of the network degree distribution indicates the absence of hubs due to lack of a heavy tail on the histogram. It is also important to highlight that the network has a uniform or Poisson distribution of node degree which implies lack of clustering and degree correlation that is observed in other complex networks such as scale-free and small-world.</p>
<p>This research offers valuable insights to mathematical modelers regarding the integration of varying scales across all levels of biological hierarchy. The primary focus of this study was the development and analysis of an individual-based multiscale network model. However, future research will incorporate more realistic complex networks such as scale-free networks characterized by a few highly connected nodes (hubs) and many nodes with few connections. These hubs (super-spreaders) might be responsible for a disproportionately large number of disease transmissions.</p></sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>BM: Conceptualization, Methodology, Visualization, Writing &#x02013; original draft. WG: Conceptualization, Supervision, Writing &#x02013; review &#x00026; editing. DM: Methodology, Writing &#x02013; review &#x00026; editing.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s8">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that no financial support was received for the research and/or publication of this article.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="ai-statement" id="s9">
<title>Generative AI statement</title>
<p>The author(s) declare that no Gen AI was used in the creation of this manuscript.</p></sec><sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x00027;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec><sec sec-type="supplementary-material" id="s11">
<title>Supplementary material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fams.2025.1608265/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fams.2025.1608265/full#supplementary-material</ext-link></p>
<supplementary-material xlink:href="Presentation_1.pdf" id="SM1" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/></sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Garira</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Mathebula</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Netshikweta</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>A mathematical modelling framework for linked within-host and between-host dynamics for infections with free-living pathogens in the environment</article-title>. <source>Math Biosci</source>. (<year>2014</year>) <volume>256</volume>:<fpage>58</fpage>&#x02013;<lpage>78</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mbs.2014.08.004</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25149595</pub-id></citation></ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Garira</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Chirove</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>A general method for multiscale modelling of vector-borne disease systems</article-title>. <source>Interface Focus</source>. (<year>2020</year>) <volume>10</volume>:<fpage>20190047</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsfs.2019.0047</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">31897289</pub-id></citation></ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Garira</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>A complete categorization of multiscale models of infectious disease systems</article-title>. <source>J Biol Dyn</source>. (<year>2017</year>) <volume>11</volume>:<fpage>378</fpage>&#x02013;<lpage>435</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/17513758.2017.1367849</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28849734</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Garira</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>A primer on multiscale modelling of infectious disease systems</article-title>. <source>Infect Dis Model</source>. (<year>2018</year>) <volume>3</volume>:<fpage>176</fpage>&#x02013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.idm.2018.09.005</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30839905</pub-id></citation></ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Garira</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>The research and development process for multiscale models of infectious disease systems</article-title>. <source>PLoS Comput Biol</source>. (<year>2020</year>) <volume>16</volume>:<fpage>e1007734</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pcbi.1007734</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32240165</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Garira</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>The replication-transmission relativity theory for multiscale modelling of infectious disease systems</article-title>. <source>Sci Rep</source>. (<year>2019</year>) <volume>9</volume>:<fpage>16353</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41598-019-52820-3</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">31705140</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Keeling</surname> <given-names>MJ</given-names></name> <name><surname>Eames</surname> <given-names>KTD</given-names></name></person-group>. <article-title>Networks and epidemic models</article-title>. <source>J R Soc Interface</source>. (<year>2005</year>) <volume>2</volume>:<fpage>295</fpage>&#x02013;<lpage>307</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsif.2005.0051</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16849187</pub-id></citation></ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Donaldson</surname> <given-names>AI</given-names></name> <name><surname>Alexandersen</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Predicting the spread of foot and mouth disease by airborne virus</article-title>. <source>Rev Sci Tech</source>. (<year>2002</year>) <volume>21</volume>:<fpage>569</fpage>&#x02013;<lpage>78</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.20506/rst.21.3.1362</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12523697</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Woolhouse</surname> <given-names>MEJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Foot-and-mouth disease in the UK: What should we do next time?</article-title> <source>J Appl Microbiol</source>. (<year>2003</year>) <volume>94</volume>:<fpage>126</fpage>&#x02013;<lpage>30</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1046/j.1365-2672.94.s1.15.x</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12675945</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Thompson</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Muriel</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Russell</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Osborne</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Bromley</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Rowland</surname> <given-names>M</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Economic costs of the foot and mouth disease outbreak in the united kingdom in 2001</article-title>. <source>Rev Sci Tech</source>. (<year>2002</year>) <volume>21</volume>:<fpage>675</fpage>&#x02013;<lpage>87</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.20506/rst.21.3.1353</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12523706</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sinkala</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Simuunza</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Muma</surname> <given-names>JB</given-names></name> <name><surname>Pfeiffe</surname> <given-names>DU</given-names></name> <name><surname>Kasanga</surname> <given-names>CJ</given-names></name> <name><surname>Mweene</surname> <given-names>A</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Foot and mouth disease in Zambia: Spatial and temporal distributions of outbreaks, assessment of clusters and implications for control</article-title>. <source>Onderstepoort J Vet Res</source>. (<year>2014</year>) <volume>81</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.4102/ojvr.v81i2.741</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25005590</pub-id></citation></ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ringa</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Bauch</surname> <given-names>CT</given-names></name></person-group>. <article-title>Impacts of constrained culling and vaccination on control of foot and mouth disease in near-endemic settings: a pair approximation model</article-title>. <source>Epidemics</source>. (<year>2014</year>) <volume>9</volume>:<fpage>18</fpage>&#x02013;<lpage>30</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.epidem.2014.09.008</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25480131</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Roche</surname> <given-names>SE</given-names></name> <name><surname>Garner</surname> <given-names>MG</given-names></name> <name><surname>Sanson</surname> <given-names>RL</given-names></name> <name><surname>Cook</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Birch</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Backer</surname> <given-names>JA</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Evaluating vaccination strategies to control foot-and-mouth disease: a model comparison study</article-title>. <source>Epidemiol Infect</source>. (<year>2015</year>) <volume>143</volume>:<fpage>1256</fpage>&#x02013;<lpage>75</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0950268814001927</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25078780</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rawdon</surname> <given-names>TG</given-names></name> <name><surname>Garner</surname> <given-names>MG</given-names></name> <name><surname>Sanson</surname> <given-names>RL</given-names></name> <name><surname>Stevenson</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Cook</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Birch</surname> <given-names>C</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Evaluating vaccination strategies to control foot-and-mouth disease: a country comparison study</article-title>. <source>Epidemiol Infect</source>. (<year>2018</year>) <volume>146</volume>:<fpage>1138</fpage>&#x02013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0950268818001243</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29785893</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Eschbaumer</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Stenfeldt</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Rekant</surname> <given-names>SI</given-names></name> <name><surname>Pacheco</surname> <given-names>JM</given-names></name> <name><surname>Hartwig</surname> <given-names>EJ</given-names></name> <name><surname>Smoliga</surname> <given-names>GR</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Systemic immune response and virus persistence after foot-and-mouth disease virus infection of naive cattle and cattle vaccinated with a homologous adenovirus-vectored vaccine</article-title>. <source>BMC Vet Res</source>. (<year>2016</year>) <volume>12</volume>:<fpage>205</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s12917-016-0838-x</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27634113</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bradhurst</surname> <given-names>RA</given-names></name> <name><surname>Roche</surname> <given-names>SE</given-names></name> <name><surname>East</surname> <given-names>IJ</given-names></name> <name><surname>Kwan</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Garner</surname> <given-names>MG</given-names></name></person-group>. <article-title>A hybrid modeling approach to simulating foot-and-mouth disease outbreaks in Australian livestock</article-title>. <source>Front Environ Sci</source>. (<year>2015</year>) <volume>3</volume>:<fpage>17</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fenvs.2015.00017</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kao</surname> <given-names>RR</given-names></name> <name><surname>Green</surname> <given-names>DM</given-names></name> <name><surname>Johnson</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Kiss</surname> <given-names>IZ</given-names></name></person-group>. <article-title>Disease dynamics over very different time-scales: foot-and-mouth disease and scrapie on the network of livestock movements in the UK</article-title>. <source>J R Soc Interface</source>. (<year>2007</year>) <volume>4</volume>:<fpage>907</fpage>&#x02013;<lpage>16</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsif.2007.1129</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17698478</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kostova-Vassilevska</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <source>On the Use of Models to Assess Foot-and-Mouth Disease Transmission and Control</source>. <publisher-loc>Technical report. Livermore, CA</publisher-loc>: <publisher-name>Lawrence Livermore National Lab</publisher-name> (<year>2004</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.2172/15014467</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Howey</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Quan</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Savill</surname> <given-names>NJ</given-names></name> <name><surname>Matthews</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Alexandersen</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Woolhouse</surname> <given-names>M</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Effect of the initial dose of foot-and-mouth disease virus on the early viral dynamics within pigs</article-title>. <source>J R Soc Interface</source>. (<year>2009</year>) <volume>6</volume>:<fpage>835</fpage>&#x02013;<lpage>47</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rsif.2008.0434</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19019816</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Howey</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Bankowski</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Juleff</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Savill</surname> <given-names>NJ</given-names></name> <name><surname>Gibson</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Fazakerley</surname> <given-names>J</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Modelling the within-host dynamics of the foot-and-mouth disease virus in cattle</article-title>. <source>Epidemics</source>. (<year>2012</year>) <volume>4</volume>:<fpage>93</fpage>&#x02013;<lpage>103</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.epidem.2012.04.001</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22664068</pub-id></citation></ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tuckwell</surname> <given-names>HC</given-names></name> <name><surname>Toubiana</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Vibert</surname> <given-names>J-F</given-names></name></person-group>. <article-title>Spatial epidemic network models with viral dynamics</article-title>. <source>Phys Rev E</source>. (<year>1998</year>) <volume>57</volume>:<fpage>2163</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.57.2163</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Castillo-Chavez</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Feng</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>On the computation of <italic>R</italic>_0 and its role in global stability</article-title>. In:<person-group person-group-type="editor"><name><surname>Castillo-Chavez</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Blower</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>van den Driessche</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Kirschner</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>, editors. <source>Mathematical Approaches for Emerging and Re-Emerging Infectious Diseases Part 1: An Introduction to Models, Methods and Theory. The IMA Volumes in Mathematics and Its Applications, Vol. 125</source>. <publisher-loc>Berlin</publisher-loc>: <publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name> (<year>2002</year>). p. <fpage>229</fpage>&#x02013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4613-0065-6</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Diekmann</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Heesterbeek</surname> <given-names>JAP</given-names></name> <name><surname>Metz</surname> <given-names>JAJ</given-names></name></person-group>. <article-title>On the definition and the computation of the basic reproduction ratio r 0 in models for infectious diseases in heterogeneous populations</article-title>. <source>J Math Biol</source>. (<year>1990</year>) <volume>28</volume>:<fpage>365</fpage>&#x02013;<lpage>82</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF00178324</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">2117040</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Van den Driessche</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Watmough</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Reproduction numbers and sub-threshold endemic equilibria for compartmental models of disease transmission</article-title>. <source>Math Biosci</source>. (<year>2002</year>) <volume>180</volume>:<fpage>29</fpage>&#x02013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0025-5564(02)00108-6</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12387915</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chitnis</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Hyman</surname> <given-names>JM</given-names></name> <name><surname>Cushing</surname> <given-names>JM</given-names></name></person-group>. <article-title>Determining important parameters in the spread of malaria through the sensitivity analysis of a mathematical model</article-title>. <source>Bull Math Biol</source>. (<year>2008</year>) <volume>70</volume>:<fpage>1272</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11538-008-9299-0</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18293044</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Njagarah</surname> <given-names>JBH</given-names></name> <name><surname>Nyabadza</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Modeling the impact of rehabilitation, amelioration and relapse on the prevalence of drug epidemics</article-title>. <source>J Biol Syst</source>. (<year>2013</year>) <volume>21</volume>:<fpage>1350001</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218339013500010</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27885969</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article> 