<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3-mathml3.dtd">
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:ali="http://www.niso.org/schemas/ali/1.0/" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" dtd-version="1.3" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
</journal-title-group>
<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.2026.1767887</article-id>
<article-version article-version-type="Version of Record" vocab="NISO-RP-8-2008"/>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Analysis of mitigation strategies for respiratory syncytial virus: perspectives from mathematical modeling</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Raphaladi</surname> <given-names>Lone</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Conceptualization" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/">Conceptualization</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Data curation" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/data-curation/">Data curation</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Formal analysis" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/">Formal analysis</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Methodology" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/">Methodology</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Writing &#x2013; original draft" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/">Writing &#x2013; original draft</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Writing &#x2013; review &amp; editing" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/">Writing &#x2013; review &#x00026; editing</role>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Sigauke</surname> <given-names>Morelyn</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Data curation" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/data-curation/">Data curation</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Formal analysis" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/">Formal analysis</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Writing &#x2013; review &amp; editing" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/">Writing &#x2013; review &#x00026; editing</role>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Njagarah</surname> <given-names>Hatson John Boscoh</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Conceptualization" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/">Conceptualization</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Formal analysis" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/">Formal analysis</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Writing &#x2013; review &amp; editing" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/">Writing &#x2013; review &#x00026; editing</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Supervision" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/">Supervision</role>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2793603"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Nedev</surname> <given-names>Zhivko</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Data curation" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/data-curation/">Data curation</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Formal analysis" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/">Formal analysis</role>
<role vocab="credit" vocab-identifier="https://credit.niso.org/" vocab-term="Writing &#x2013; review &amp; editing" vocab-term-identifier="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/">Writing &#x2013; review &#x00026; editing</role>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><label>1</label><institution>Department of Mathematics and Statistical Sciences, Botswana International University of Science and Technology</institution>, <city>Palapye</city>, <country country="bw">Botswana</country></aff>
<aff id="aff2"><label>2</label><institution>Department of Computing and Informatics, Botswana International University of Science and Technology</institution>, <city>Palapye</city>, <country country="bw">Botswana</country></aff>
<author-notes>
<corresp id="c001"><label>&#x0002A;</label>Correspondence: Hatson John Boscoh Njagarah, <email xlink:href="mailto:njagarahh@biust.ac.bw">njagarahh@biust.ac.bw</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date publication-format="electronic" date-type="pub" iso-8601-date="2026-02-20">
<day>20</day>
<month>02</month>
<year>2026</year>
</pub-date>
<pub-date publication-format="electronic" date-type="collection">
<year>2026</year>
</pub-date>
<volume>12</volume>
<elocation-id>1767887</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>15</day>
<month>12</month>
<year>2025</year>
</date>
<date date-type="rev-recd">
<day>30</day>
<month>01</month>
<year>2026</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>30</day>
<month>01</month>
<year>2026</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2026 Raphaladi, Sigauke, Njagarah and Nedev.</copyright-statement>
<copyright-year>2026</copyright-year>
<copyright-holder>Raphaladi, Sigauke, Njagarah and Nedev</copyright-holder>
<license>
<ali:license_ref start_date="2026-02-20">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ali:license_ref>
<license-p>This is an open-access article distributed under the terms of the <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution License (CC BY)</ext-link>. 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.</license-p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Respiratory Syncytial Virus (RSV) continues to pose a serious threat to global health, especially for young children, older adults, and people with weakened immune systems. Despite its impact, no vaccine has been licensed to prevent the disease, and there are many unanswered questions about the most effective ways to contain its spread, particularly when it comes to non-pharmaceutical measures. In this study, we developed a detailed mathematical model that captures the RSV transmission dynamics, including the often-overlooked roles of asymptomatic and post-symptomatic individuals. The model was comprehensively analyzed to confirm its well-posedness and analytical solutions, the basic reproduction number (<inline-formula><mml:math id="M1"><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>) was determined, and used to determine whether the disease will fade out or persist in a population. Sensitivity analysis was performed using the Latin Hypercube Sampling (LHS) scheme to determine the factors that strongly influence the disease severity. Our findings show that reducing close contact between people, through measures like physical distancing or improved hygiene, has the greatest influence in containing the disease spread. On the other hand, efforts like widespread screening and isolating asymptomatic individuals only make a noticeable difference if contact rates are kept stable, and even then, their effect is limited. Simulations further revealed that early action is key where introducing preventive measures at the start of an outbreak can delay and lower the peak, easing pressure on healthcare systems. These insights suggest that public health policies should prioritize early, broad-based interventions and long-term solutions like vaccination over labor-intensive isolation strategies.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>contact suppression measures</kwd>
<kwd>global stability</kwd>
<kwd>non-pharmaceutical interventions</kwd>
<kwd>respiratory syncytial virus</kwd>
<kwd>screen and isolation</kwd>
<kwd>sensitivity analysis</kwd>
</kwd-group>
<funding-group>
<funding-statement>The author(s) declared that financial support was not received for this work and/or its publication.</funding-statement>
</funding-group>
<counts>
<fig-count count="12"/>
<table-count count="6"/>
<equation-count count="48"/>
<ref-count count="31"/>
<page-count count="18"/>
<word-count count="10009"/>
</counts>
<custom-meta-group>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Mathematical Biology</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Respiratory Syncytial Virus (RSV) which belongs to the genus Pneumoviridae is a significant contributor to respiratory infections. Several members of the RSV that belong to this genus include human RSV, bovine RSV and murine pneumonia virus. Based on the characterization of the G protein gene [the Glycoprotein (G) that facilitates attachment] [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], RSV in humans is divided into two major antigenic and genetic groups, namely RSV A and RSV B. The partial duplication of the G protein gene in RSV A (originally described as the ON1 genotype) and RSV B (originally described as the BA genotype) is a notable feature of the strains currently circulating in the world population [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. Understanding the distinction between these two strains is essential in the development of vaccines. While developing vaccines, determinants of early immune response to RSV need to be established [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. This virus is prevalent worldwide and affects individuals of all age groups. We note however that the elderly, immunodeficient individuals, newborns, individuals with chronic obstructive lung disease and bronchial asthma are the most severely affected groups.</p>
<p>RSV associated with acute lower respiratory tract infection is the leading cause of mortality among respiratory infections. It is also the leading cause of hospitalization, and the second leading cause of death after malaria. According to the World Health Organization [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], RSV is associated with over 3.6 million hospitalizations and approximately 100 000 mortality cases in children under 5 years of age. A great majority of these pediatric RSV mortalities (about 97%) occur in low- and middle-income countries which are often characterized by inadequate Medicare support. Prematurity, being underweight at birth and the existence of co-morbid conditions like immunodeficiency, chronic respiratory disorders, and congenital heart disease, are additional risk factors. More still, living with older siblings, exposure to cigarette smoke, and lack of breastfeeding are additional factors that raise the risk of contracting RSV infection and its associated complications mostly among children.</p>
<p>In the review by [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] on the global distribution of RSV strains from the year 1961 to 2019, RSV A was the most common antigenic subgroup accounting for 60% of infections reported worldwide, 59.6% of infections reported in the Northern Hemisphere, and 61.9% of infections reported in the Southern Hemisphere. RSV B was only the predominant group worldwide, in nine seasons or years. For two or more consecutive seasons, this RSV group was not identified as predominant. However, when data were examined with respect to continents, it was found that there had been more RSV B infections than RSV A infections over the past decade, with RSV B predominating on all continents (except Asia) for several years in a row. Notably, RSV A and RSV B appeared to reach apparent equilibrium over the years at the conclusion of this analysis, which was associated with an increase in the overall prevalence of RSV B [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>].</p>
<p>The major potential route of RSV transmission is via Respiratory droplets passing through the nasopharyngeal mucosa and into the upper respiratory tract (URT). Pneumonia, bronchiolitis, and other infections can arise from the preferential infection by syncytial virus of polarized ciliated epithelial cells of the human respiratory tract, which enter the lower respiratory tract (LRT) via the upper respiratory tract (URT) [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Upon infection with RSV, the lower respiratory tract is the most severely affected area of the respiratory system. The most typical symptoms include sneezing, coughing, wheezing, fever and loss of appetite [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. For more details on the symptoms, interested readers may refer to [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. Research on the disease shows that a significant proportion of the population, around 40%, exhibit no symptoms [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. This asymptomatic group may pose a significant problem in the disease transmission dynamics as super-spreaders.</p>
<p>Despite its significant impact, there is no approved RSV vaccine. However, while live attenuated vaccines are under development, they are primarily targeted at infants. More than 121 clinical trials have been conducted, but effective control remains challenging due to the high transmissibility of the virus. In addition, it is challenging to determine the exact prevalence of the disease given the fact that a significant proportion of the infected individuals do not show symptoms, the screening process can be costly, there is a possibility of misdiagnosis given the similarity of symptoms with other infections. More still, the absence of isolation protocols for infected individuals further complicates disease containment efforts. As a result, these complications or limitations can lead to under estimation of the RSV cases in the affected population. For this reason, the application of compartmentalized mathematical epidemic models could be beneficial. The compartmentalized and mechanistic models provide a clear explanation for the mechanisms of interaction between system components. In addition, specific biological theories are proposed to elucidate the dynamics of the infection including the influence of post-symptomatic infected individuals.</p>
<p>Several mathematical models have been proposed in literature to assess RSV epidemiology and interventions, and most of them are based on the SIR modeling framework. This is a compartmental model commonly used in epidemiology to describe the dynamics of infectious diseases within a population with the acronym SIR standing for Susceptible-Infectious-Recovered, indicating the three compartments that individuals in the population can be categorized into [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]. In the case where infected individuals recover with temporary immunity, the SIRS modeling framework is used. In the few paragraphs that follow, we provide some selected modeling studies on RSV.</p>
<p>Mathematical models have been used to estimate pediatric hospitalization costs and evaluate the cost-effectiveness of vaccination strategies. Notable RSV studies include: (1) The mathematical model in [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] which examined newborn vaccination strategies and their feasibility, (2) the model in [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] which assessed the impact of RSV in neonatal care. These mentioned models incorporated demographic factors, adult infection rates, and estimated key parameters such as birth and mortality rates, disease transmission rates, and hospitalization proportions. Acedo et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] further refined these estimates using the Nelder-Mead algorithm, optimizing predictions to closely match observed hospitalization data for infants under one year of age in Valencia, Spain. Model validation was supported by consistent parameter values across different health districts.</p>
<p>Another key study by [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] analyzed seasonal RSV outbreaks and eradication thresholds. The study categorized the population into distinct groups (susceptible, infected, and immune) and employed deterministic ordinary differential equations (ODEs) to track disease progression. The analysis assumed equal birth and mortality rates, unit-scaled models, and fractions for state variables to simplify the analysis due to high annual infection rates. The model was used to explained patterns of regular yearly outbreaks and alternating large and small epidemic cycles. The findings of the study suggested that humidity influences RSV microbe survival in experimental conditions, though its real-world impact remains uncertain.</p>
<p>A separate study by [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] analyzed pediatric RSV cases using demographic, clinical, and laboratory data, applying statistical tests such as the Student&#x00027;s <italic>t</italic>-test, ANOVA, chi-squared tests, and Fisher&#x00027;s exact test. The study highlighted the importance of understanding RSV interactions with other respiratory pathogens for effective case management, particularly in hospitalized patients. The results emphasize the importance of using epidemiological data to guide public health policies and vaccine development. The study notes some limitations which included uneven hospital distribution, low RSV detection rates due to antibiotic use, and the absence of viral load detection or RSV genotyping. These factors suggest that the findings may not fully capture the complete picture of RSV infection in pediatric patients in China from 2014&#x02013;2018.</p>
<p>The main aims of this work include the following; (1) determining and quantifying the importance (significance) of the processes driving the transmission dynamics of the disease, (2) providing recommendations for public health officials, healthcare professionals, and policy-makers to use evidence-based strategies for RSV prevention and control of the disease, and (3) examine the effect of implementing pharmaceutical and non-pharmaceutical mitigation strategies on the timeliness of disease containment. This research also seeks to establish whether increased screening and recommendations for isolation would help in faster containment of the disease in case of an outbreak. We also seek to identify possible combinations of intervention measures that can lead to faster containment of the disease as well as lower burdens of the disease to the healthcare system.</p>
<p>The rest of the manuscript is organized as follows; In Section 2, a mathematical model for RSV is developed and analytical results <bold>are</bold> established. The model reproduction number is determined in Section 3 and the conditions for existence and stability of the disease-free equilibrium are established in the same section. In Section 4, the model endemic equilibrium is determined and its global stability established. Sensitivity analysis is performed in Section 5 to determine the most influential processes driving the disease dynamics. In Section 6, the model is numerically solved to determine the long-term behavior of the system and establish how different scenarios of mitigation measures affect the timeliness of disease containment. The manuscript is concluded in Section 7 where the findings of this study are summarized and further improvements to the models are suggested.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>Model development and analysis</title>
<p>The total population is sub divided into 8 disjoint compartments where the individuals within a compartment are assumed to mix homogeneously and are indistinguishable with respect to the disease status. The compartments are as follows; the susceptible individuals (<italic>S</italic>) include all those at the risk of infection, exposed individuals (<italic>E</italic>), Symptomatic infected individuals (<italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub>), the asymptomatic infected individuals (<italic>I</italic><sub><italic>a</italic></sub>); asymptomatic individual may be identified through contact tracing (process is not explicitly modeled in the manuscript) and upon screening are sent into isolation (<italic>I</italic><sub><italic>q</italic></sub>). The symptomatic individuals may develop severe disease and require admission into a hospital environment under the observation of healthcare workers. This class of individuals is denoted by <italic>H</italic>. The hospitalized individuals may be discharged upon management of the symptoms. We assume that some of these hospitalized individuals might have completely recovered while some might have not by the time they are discharged from hospital. The individual who might have been discharged hospital but still shedding the virus or are infectious are categorized as post-symptomatic individuals (<italic>I</italic><sub><italic>p</italic></sub>). The <italic>I</italic><sub><italic>P</italic></sub> class is considered owing to the fact that shedding can continue for at least 20 days after clinical recovery [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. We further note that the post-symptomatic compartment can also be replenished by individuals who might have had symptoms in the early stages of the disease but were never detected or screened by the healthcare workers. This scenario is a common occurrence most especially when the symptoms are mild or treated as common cold or cough. The total population (<italic>N</italic>) is thus given by</p>
<disp-formula id="E1"><mml:math id="M2"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Note that the RSV transmission dynamics are similar to many other respiratory infections. In this manuscript, we use the force of infection that follows mass action incidence similar to that used in [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. We note also that [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] in their force of infection proposed a contact term that captures seasonality exhibited by the RSV infection. This aspect was not explicitly modeled in our work owing to lack of RSV data. Since the body does not confer permanent immunity to RSV, individuals can contract the disease more than once in their life-time [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. The aspect that captures the waning of immunity is considered in the numerical simulations Section 6.3. The force of infection is given by</p>
<disp-formula id="E2"><mml:math id="M3"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</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 terms &#x003B7;<sub>1</sub> and &#x003B7;<sub>2</sub> are transmission rates of individuals in the <italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub> and <italic>I</italic><sub><italic>p</italic></sub> classes relative to those in the <italic>I</italic><sub><italic>a</italic></sub> class. Since the individuals in the <italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub> class show symptoms, this will cause them to distance themselves from other individuals which in turn lowers their effective transmission rate. On the other hand, individual in the post-symptomatic class may mix more freely with the population but with a bit of precaution since they would have learned lessons from their ordeal with the disease. Intuitively, post-hospitalization individuals would be more cautious than those with mild symptoms who were never hospitalized coming from <italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub> class. Therefore, consideration of all post-symptomatic individuals in one class is as a simplifying assumption that could be refined in future work. Therefore, given these perceived interactions, we assume that the parameters &#x003B7;<sub>1</sub> and &#x003B7;<sub>2</sub> take on values such that 0 &#x0003C; &#x003B7;<sub>2</sub> &#x0003C; &#x003B7;<sub>1</sub> &#x0003C; 1.</p>
<p>Based on the model assumptions, the schematic diagrams given in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> and the summary of state variables provided in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>, the resulting model describing the change in each state variable is given in the system of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref></p>
<disp-formula id="EQ3"><mml:math id="M4"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(1a)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ4"><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(1b)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ5"><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>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</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:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</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><label>(1c)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ6"><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>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</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:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(1d)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ7"><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>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</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:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(1e)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ8"><mml:math id="M9"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(1f)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ9"><mml:math id="M10"><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>p</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:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(1g)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ10"><mml:math id="M11"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(1h)</label></disp-formula>
<p>where <italic>Q</italic><sub>1</sub> &#x0003D; (&#x003BC; &#x0002B; &#x003B5;), <italic>Q</italic><sub>2</sub> &#x0003D; (&#x003BC; &#x0002B; &#x003B8; &#x0002B; &#x003B3;<sub>1</sub>), <italic>Q</italic><sub>3</sub> &#x0003D; (&#x003BC; &#x0002B; &#x003B4;<sub>1</sub> &#x0002B; &#x003D5; &#x0002B; &#x003C8;), <italic>Q</italic><sub>4</sub> &#x0003D; (&#x003BC; &#x0002B; &#x003B3;<sub>2</sub>), <italic>Q</italic><sub>5</sub> &#x0003D; (&#x003BC; &#x0002B; &#x003B4;<sub>2</sub> &#x0002B; &#x003C3; &#x0002B; &#x003B3;<sub>3</sub>), <italic>Q</italic><sub>6</sub> &#x0003D; (&#x003BC; &#x0002B; &#x003B3;<sub>4</sub>) and <italic>Q</italic><sub>7</sub> &#x0003D; &#x003BC;. The model has non-negative initial conditions given by</p>
<disp-formula id="E11"><mml:math id="M12"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>S</mml:mi><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:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><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: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:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><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;</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi><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:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</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:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><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:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<fig position="float" id="F1">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Schematic diagram showing the RSV disease progression and management strategies. The colors in the different state variables are indicative of perceived severity of the disease in compartments.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0001.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Flowchart diagram of a disease transmission model shows transitions between states: Susceptible, Exposed, Asymptomatic, Isolation, Symptomatic, Hospitalised, Post Symptomatic, and Recovered. Each state is represented by a colored box with labeled arrows showing transitions and parameters.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Summary of model state variables and their descriptions.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr>
<th valign="top" align="left"><bold>State variable</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Meaning</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>S</italic></td>
<td valign="top" align="left">Susceptible individuals</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>E</italic></td>
<td valign="top" align="left">Exposed individuals</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>I</italic><sub><italic>a</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Asymptomatic infected individuals</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Symptomatic infected individuals</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>I</italic><sub><italic>q</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Screened and isolated asymptomatic individuals</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>H</italic></td>
<td valign="top" align="left">Hospitalized individuals</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>I</italic><sub><italic>p</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Post-symptomatic infectious individuals</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>R</italic></td>
<td valign="top" align="left">Recovered individuals</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<sec>
<label>2.1</label>
<title>Positive invariance of the domain &#x003A9; of biological significance</title>
<p>Owing to the fact that the model studies human populations, we ought to ensure that the population is non-negative and does not grow without bound. We therefore have the lemmas 1 and 2.</p>
<p><bold>Lemma 1</bold>. <italic>The solutions of the RSV model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>) in the domain</italic></p>
<disp-formula id="E12"><mml:math id="M13"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>are non-negative for all</italic> <italic>t</italic> &#x0003E; 0.</p>
<p><italic>Proof</italic>. The positivity of solutions of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>) can be proved using various approaches including proof by contradiction [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>], or based on the theory of differential inequalities [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. For this manuscript, we use the approach in the latter references. From the first equation of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>), we have</p>
<disp-formula id="E13"><mml:math id="M14"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>S</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>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><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:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;where&#x000A0;</mml:mtext><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><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="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The obtained inequality can be solved by the method of separation of variables to obtain</p>
<disp-formula id="E14"><mml:math id="M15"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></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>Following the same approach, the rest of the state variables can be solved to obtain</p>
<disp-formula id="E15"><mml:math id="M16"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</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>&#x02265;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</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>&#x02265;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</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>&#x02265;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</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>&#x02265;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>From the obtained results, we observe that all the state variables are non-negative for all <italic>t</italic> &#x02265; 0.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p><bold> Lemma 2</bold>. <italic>The total population N for any initial values starting within the domain</italic> &#x003A9; <italic>is bounded, i.e., the population does not grow without bound</italic>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. We observe that the total population (<italic>N</italic>) of the model (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>) is not constant and the change in the total population is given by</p>
<disp-formula id="E16"><mml:math id="M17"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The resulting equation can be solved using the integrating factor method to obtain</p>
<disp-formula id="E17"><mml:math id="M18"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which clearly indicates that the total population is bounded by <inline-formula><mml:math id="M19"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. We further note that for any initial population such that <inline-formula><mml:math id="M20"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><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>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, we have <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> for all <italic>t</italic> &#x0003E; 0. Therefore, since the total population is bounded, then its sub-populations are also bounded.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>Hence, the lemmas 1 and 2 indicate that the domain &#x003A9; is positively invariant. This implies that the solutions of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>) with initial conditions starting in the domain &#x003A9;, also remain in the same domain.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Disease-free equilibrium and reproduction number</title>
<sec>
<label>3.1</label>
<title>Disease-free equilibrium</title>
<p>The disease-free equilibrium (DFE) is evaluated by equating the right side of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>) to zero and solving for the respective steady state values. At the DFE, there are no exposed nor infected individuals in the community. Therefore, the disease-free equilibrium for the respective state variables is given by</p>
<disp-formula id="EQ18"><mml:math id="M22"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></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: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:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(2)</label></disp-formula>
</sec>
<sec>
<label>3.2</label>
<title>Model basic reproduction number</title>
<p>The reproduction number in the case of the RSV model studied in this work is the number of secondary infections generated in a purely susceptible community as a result of contact with an infected individual. Based on the force of infection given in Section 2, we note that there are three state variables (<italic>I</italic><sub><italic>a</italic></sub>, <italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub>, and <italic>I</italic><sub><italic>p</italic></sub>) contributing to new infections. Therefore, the reproduction number computed here should reflect the contribution of the aforementioned state variables. The model reproduction number is determined using the Next generation matrix method described in [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. For ease of following the method used, we maintain the same notation for the matrix of new infections (<inline-formula><mml:math id="M23"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and the matrix of transitions (<inline-formula><mml:math id="M24"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) between states used in [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. For the model system of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>, the matrices are given by</p>
<disp-formula id="E19"><mml:math id="M25"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></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:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>E</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>H</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</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:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The Jacobi of the matrices <inline-formula><mml:math id="M26"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M27"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> evaluated at the disease free equilibrium give matrices <bold>F</bold> and <bold>V</bold> such that</p>
<disp-formula id="E20"><mml:math id="M28"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>F</mml:mtext></mml:mstyle><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" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></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: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: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: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: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:mtext class="textrm" mathvariant="normal">&#x000A0;and</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mstyle><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" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</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:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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: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:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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: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:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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: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:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</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>respectively. Then the model basic reproduction number <inline-formula><mml:math id="M29"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</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:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given as the spectral radius (largest eigenvalue) of the matrix (<bold>F</bold> &#x000B7; <bold>V</bold><sup>&#x02212;1</sup>), in which case we have</p>
<disp-formula id="EQ21"><mml:math id="M30"><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:mfrac><mml:mrow><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:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(3)</label></disp-formula>
<p>The three components <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><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:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M33"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> are the contributions of the infections classes <italic>I</italic><sub><italic>a</italic></sub>, <italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub> and <italic>I</italic><sub><italic>p</italic></sub> to the reproduction number and consequently to new infections. We note that the next-generation method in [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>], presumes local stability of the disease-free equilibrium. Owing to this, we have the following lemma.</p>
<p><bold>Lemma 3</bold>. <italic>The disease-free equilibrium (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ18">Equation 2</xref>) of the RSV model (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>) is locally asymptotically stable</italic>.</p>
<p>Local asymptotic stability in Lemma 3 implies that if we start with initial states that are sufficiently close to the equilibrium (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ18">Equation 2</xref>), the trajectories of solutions converge to the equilibrium as times goes to infinity.</p>
<p>For readers interested in the proof of Lemma 3, they may consider linearising the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>) around the equilibrium (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ18">Equation 2</xref>) and then evaluate the eigenvalues of the resulting Jacobian which will all be negative. We note that the negative eigenvalues of the resulting Jacobian matrix evaluated at the equilibrium point (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ18">Equation 2</xref>) indicate that the system of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref> is asymptotically stable in the corresponding directions. This means that any perturbations around the equilibrium point, decay exponentially toward the equilibrium point as times goes to infinity.</p>
</sec>
<sec>
<label>3.3</label>
<title>Global stability of the disease-free equilibrium</title>
<p>The determination of global stability of the disease-free equilibrium of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>) is aimed at confirming whether if we start at any point (not necessary nearby the equilibrium point but) within the domain, the trajectories of the system will approach the equilibrium point. We now pose the following theorem.</p>
<p><bold> Theorem 1</bold>. <italic>The disease-free equilibrium</italic> (<inline-formula><mml:math id="M34"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>) <italic>is globally asymptotically stable when</italic> <inline-formula><mml:math id="M35"><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> <italic>and unstable when</italic> <inline-formula><mml:math id="M36"><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>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. To prove the Theorem 1, we let</p>
<disp-formula id="E22"><mml:math id="M37"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>be a candidate Liapunov function, where <italic>a</italic>, <italic>b</italic>, <italic>c</italic>, <italic>d</italic>, <italic>f</italic> and <italic>g</italic> are nonnegative constants. We ought to find the constants <italic>a</italic>, <italic>b</italic>, <italic>c</italic>, <italic>d</italic>, <italic>f</italic> and <italic>g</italic> such that the derivative of the liapunov function is negative with respect to the associated state variable. The derivative of the Liapunov function is given by</p>
<disp-formula id="E23"><mml:math id="M38"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mover accent='true'><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mover accent='true'><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel='+1'><mml:mfrac><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mfrac><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfrac><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Setting the coefficients of <italic>E</italic>, <italic>I</italic><sub><italic>a</italic></sub>, <italic>H</italic>, <italic>I</italic><sub><italic>p</italic></sub>, and <italic>I</italic><sub><italic>q</italic></sub> to zero and solving for the constants, we obtain</p>
<disp-formula id="E24"><mml:math id="M39"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable class="dcases"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We the substitute the constants into the derivative of the Liapunov function to obtain</p>
<disp-formula id="E25"><mml:math id="M40"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent='true'><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>It can be observed that the derivative of the Lyapunov function is negative when <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> and equality holds 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>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> or when <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> which correspond to the disease-free equilibrium. Therefore, by the LaSalle invariance principle [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>], the disease-free equilibrium <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is globally asymptotically stable when <inline-formula><mml:math id="M45"><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="M46"><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 completes the proof.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Existence of the endemic equilibrium and its stability</title>
<sec>
<label>4.1</label>
<title>Existence of the endemic equilibrium</title>
<p>To determine the existence and uniqueness of the endemic equilibrium, we pose the following theorem.</p>
<p><bold> Theorem 2</bold>. <italic>Let</italic> <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>such that</italic></p>
<disp-formula id="E26"><mml:math id="M48"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><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:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</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>s</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>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>be the endemic equilibrium of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>). The equilibrium</italic> <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>is unique and only exists when</italic> <inline-formula><mml:math id="M50"><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> <italic>is greater than unity</italic>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. To determine the endemic equilibrium, we set the left side of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>) to zero to obtain the system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ27">Equation 4</xref>), where the &#x0201C;<sup>&#x0002A;</sup>&#x0201D; indicates the value of the state variable at equilibrium</p>
<disp-formula id="EQ27"><mml:math id="M51"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(4a)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ28"><mml:math id="M52"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><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:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(4b)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ29"><mml:math id="M53"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><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:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(4c)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ30"><mml:math id="M54"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><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:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(4d)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ31"><mml:math id="M55"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(4e)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ32"><mml:math id="M56"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(4f)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ33"><mml:math id="M57"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(4g)</label></disp-formula>
<disp-formula id="EQ34"><mml:math id="M58"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(4h)</label></disp-formula>
<p>From the system of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ27">Equation 4</xref>, several equilibrium states can be expressed in terms of <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> to obtain</p>
<disp-formula id="E35"><mml:math id="M60"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable class="dcases"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><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:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</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:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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>&#x003B3;</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:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</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>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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>&#x003C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The term of the force infection at equilibrium is given by</p>
<disp-formula id="E36"><mml:math id="M62"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</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>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting the appropriate terms into <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ27">Equation 4</xref> gives</p>
<disp-formula id="E37"><mml:math id="M63"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</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>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We note that one of the roots of this equation is <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, which solution corresponds to the disease free equilibrium. If <inline-formula><mml:math id="M65"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</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>, we simplify the expression further to obtain</p>
<disp-formula id="E38"><mml:math id="M66"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><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:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</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:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which after multiplying both sides of the equation by <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> gives</p>
<disp-formula id="E39"><mml:math id="M68"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</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:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>It is clear that the equilibrium value is unique and exists when <inline-formula><mml:math id="M69"><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>. We further note that; substituting for &#x003BB;<sup>&#x0002A;</sup>, and <italic>S</italic><sup>&#x0002A;</sup> in <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ27">Equation 4a</xref> we obtain the expression for <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> given by</p>
<disp-formula id="E40"><mml:math id="M71"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</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:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml: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:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>such that <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</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> when <inline-formula><mml:math id="M73"><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>. Consequently, the rest of the state variables at the steady state can be expressed in terms of <inline-formula><mml:math id="M74"><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>. Hence, the endemic equilibrium is unique and exists when <inline-formula><mml:math id="M75"><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 completes the proof.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
</sec>
<sec>
<label>4.2</label>
<title>Global stability of the endemic equilibrium</title>
<p>In this section, we now prove the global stability of the RSV endemic equilibrium using a suitable Lyapunov function</p>
<p><bold> Theorem 3</bold>. <italic>The unique RSV equilibrium</italic> <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>is globally asymptotically stable when</italic> <inline-formula><mml:math id="M77"><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> <italic>is greater than unity</italic>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. To prove the global stability of the equilibrium <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we propose a Liapunov function <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> given by</p>
<disp-formula id="E41"><mml:math id="M80"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><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:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><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>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</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>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><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>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</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>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><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>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</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>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><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>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</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>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></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>
<p>Using the approach outlined in [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>], it can be shown that based on the constructed Liapunov function, the RSV persistent equilibrium states are the minimum points of the corresponding model state variables. The time derivative of the Liapunov function is given by</p>
<disp-formula id="E42"><mml:math id="M81"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</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:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</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:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</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:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</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:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></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:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We note that around the equilibrium point <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, some constant terms can be expressed as</p>
<disp-formula id="E43"><mml:math id="M83"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;&#x02009;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which when substituted into the derivative of the Lyapunov function followed by appropriate factorisations of the resulting expressions gives</p>
<disp-formula id="EQ44"><mml:math id="M84"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="script">L</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:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</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:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</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:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</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:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</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>&#x003C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(5)</label></disp-formula>
<p>Letting <inline-formula><mml:math id="M86"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M87"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M93"><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, and then substituting the terms into the <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ44">Equation 5</xref> gives</p>
<disp-formula id="E46"><mml:math id="M94"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></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:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>U</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:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><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:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Y</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:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We use the inequality <italic>v</italic>(<italic>x</italic>) &#x0003D; 1 &#x02212; <italic>x</italic> &#x0002B; ln <italic>x</italic> &#x0003C; 0 for all <italic>x</italic> &#x0003E; 0, in which case 1 &#x02212; <italic>x</italic> &#x0003C; &#x02212;ln <italic>x</italic> to determine the signs of the components of the derivative of the Lyapunov function. To show that all terms are negative, we demonstrate this with the a selection of terms, for example</p>
<disp-formula id="E47"><mml:math id="M95"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</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;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><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: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;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><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:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><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: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;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We also observe that the term <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Using the same inequality 1 &#x02212; <italic>x</italic> &#x0003C; &#x02212;ln <italic>x</italic>, it can be shown that the rest of the terms (i.e the product terms in brackets) of the Lyapunov derivative are also less than zero. Therefore, <inline-formula><mml:math id="M97"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> when <inline-formula><mml:math id="M98"><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> and equality holds at the steady state in which case <italic>F</italic> &#x0003D; <italic>G</italic> &#x0003D; <italic>U</italic> &#x0003D; <italic>V</italic> &#x0003D; <italic>W</italic> &#x0003D; <italic>X</italic> &#x0003D; <italic>Y</italic> &#x0003D; <italic>Z</italic> &#x0003D; 1. Thus, by the LaSalle invariance principle [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>], when <inline-formula><mml:math id="M99"><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>, the solutions of the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref>) approach the endemic equilibrium as <italic>t</italic> grows very large. The above observation confirms that the endemic equilibrium <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is globally asymptotically stable.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Numerical simulations</title>
<sec>
<label>5.1</label>
<title>Parameter estimation</title>
<p>In this section, we estimate the model parameters mostly from biological studies and, published literature. The time-line from exposure to the disease to recovery is summarized in [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. The effective contact rate (&#x003B2;) of the disease depends on the number of contacts a susceptible individual makes with infectious individuals as well as the probability that a contact is likely to result into disease transmission. In addition, the infectious dose of RSV is more than 160 &#x02212; 640 viral units [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] and the risk of infection varies with different age groups. Therefore, the value of &#x003B2; can vary considerably depending on the studies conducted, even with estimations from different data sources. The values of the relative transmission rates &#x003B7;<sub>1</sub> and &#x003B7; are assumed bearing in mind the assumption given in Section 2. We further note that, shedding of RSV can continue for over 20 days after clinical recovery [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. There are different transition rates into the post-symptomatic compartment from the symptomatic and hospitalized classes depending on the health of individuals. The transition from the asymptomatic class (<italic>I</italic><sub><italic>a</italic></sub>) to the isolated class (<italic>I</italic><sub><italic>q</italic></sub>) is achieved through contact tracing and screening of the identified individuals who test positive for the disease. This transition rate is influenced by several factors that determine the effectiveness of the contact tracing process. Some of the influential factors include, the size of the outbreak, perceived benefit and utilization of the process, effectiveness of the surveillance process and technology, and community engagement among others. The description of the model parameters, the selected ranges of the values of the parameters and corresponding nominal values are presented in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>Description of parameters and estimation of nominal values.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Parameter</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Description</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Range</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Nominal value</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Source</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C0;</td>
<td valign="top" align="left">Recruitment rate</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">&#x003BC; &#x000D7; <italic>N</italic><sub>0</sub></td>
<td valign="top" align="left">Assumed</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B2;</td>
<td valign="top" align="left">Effective contact rate</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">4.6 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;6</sup> day<sup>&#x02212;1</sup>person<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">Assumed</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B7;<sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="left">Transmission by <italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub> relative to <italic>I</italic><sub><italic>a</italic></sub></td>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.68 day<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">Assumed</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B7;<sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">Transmission by <italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub> relative to <italic>I</italic><sub><italic>p</italic></sub></td>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.425 day<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">Assumed</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B5;</td>
<td valign="top" align="left">Progression rate from <italic>E</italic> to infectiousness</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M101"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1/6 day<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C1;</td>
<td valign="top" align="left">Proportion of the infected who are symptomatic</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.4</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BC;</td>
<td valign="top" align="left">Natural death rate</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">1/(365 &#x000D7; 60) day<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B8;</td>
<td valign="top" align="left">Screening and isolation rate of <italic>I</italic><sub><italic>a</italic></sub> to <italic>I</italic><sub><italic>q</italic></sub></td>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.02 day<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">Assumed</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003D5;</td>
<td valign="top" align="left">Screening and rate admission of <italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub> to <italic>H</italic></td>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.5 day<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">Assumed</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C8;</td>
<td valign="top" align="left">Progression rate from <italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub> to <italic>I</italic><sub><italic>p</italic></sub></td>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.058 day<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">Assumed</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C3;</td>
<td valign="top" align="left">Transfer rate from the Hospitalization to post-symptomatic stage</td>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.142</td>
<td valign="top" align="left">Assumed</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B4;<sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="left">Disease induced death rate of <italic>I</italic><sub><italic>s</italic></sub></td>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.21 day<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B4;<sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">Disease induced death rate of <italic>H</italic></td>
<td/>
<td valign="top" align="left">0.05 day<sup>&#x02212;1</sup></td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B3;<sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="left">Recovery rate of <italic>I</italic><sub><italic>a</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M102"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1/14</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B3;<sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">Recovery rate of <italic>I</italic><sub><italic>q</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M103"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1/10</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B3;<sub>3</sub></td>
<td valign="top" align="left">Recovery rate of <italic>H</italic></td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M104"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1/12</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B3;<sub>4</sub></td>
<td valign="top" align="left">Recovery rate of <italic>I</italic><sub><italic>p</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M105"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1/16</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C9;</td>
<td valign="top" align="left">Waning rate of immunity</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M106"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>365</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>90</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">1/60</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec>
<label>5.2</label>
<title>Sensitivity analysis of the model parameters</title>
<p>Given the uncertainty in estimation of model parameters for published literature, it is essential to perform sensitivity analysis to ascertain how different process affect the disease dynamics. When performing sensitivity analysis, variations are made in the input parameter values and the resulting measured output can be used to determine the processes to be targeted if the infection is to be contained. Sensitivity analysis approaches can be categorized into two, namely; local (where one parameter is varied at a time while keeping the others constant), or global (where several parameters values can be varied simultaneously) [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. Several approaches some of which are listed in [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] have been used to perform sensitivity analysis with respect to different problems. In this paper, we use the Latin hypercube sampling (LHS) scheme [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>] which is a stratified sampling method that allows for simultaneous sampling of the a multi-dimensional parameter space. The LHS method was first applied in epidemiological models, particularly with an HIV model as an example in [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. The LHS being a stratified method, independent of dimension, it is a suitable approach for global sensitivity analysis of epidemiological models. In this manuscript, we follow the approach detailed in [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>] for which 1,000 simulations were done for each run and the parameter specific partial rank correlation coefficients (PRCCs) were determined. Here, we considered two case, namely (1) sampling selected parameters including variable contact rate, and (2) sampling selected parameters in the reproduction number when the contact rate is assumed to be constant. This two step procedure is aimed at ascertaining whether the significance of the effective contact rate may potentially confound the influence of other parameters.</p>
<sec>
<label>5.2.1</label>
<title>Sensitivity analysis of <inline-formula><mml:math id="M107"><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 contact rate is variable</title>
<p>The results of the PRCCs for the sampled parameter space are given in the Tornado plot (<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2a</xref>) and the box plot (<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2b</xref>) details the variability of the values of the reproduction number computed from the sampling procedure.</p>
<fig position="float" id="F2">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Sensitivity analysis results for the sampled parameters &#x003B2;, &#x003B7;<sub>1</sub>, &#x003B7;<sub>2</sub>, &#x003B8;, &#x003D5;, and &#x003C3;. <bold>(a)</bold> The tornado plot showing the computed PRCCs for the sampled parameters, <bold>(b)</bold> the box plot showing the summary of values of the reproduction number computed from the sampling procedure.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0002.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Tornado plot displaying PRCC values for parameters &#x003C3;, &#x003C6;, &#x003B7;2, and &#x003B7;1, and beta, with beta having the largest positive influence. Box plot presenting the distribution of estimated reproduction numbers, showing a spread from approximately 0.4 to 1.8, median near 1.2.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>The tornado plot (<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2a</xref>) shows that the only significantly sensitive parameter is &#x003B2; which represents the effective contact rate. The five number summary of the values of the reproduction number calculated from the sampling procedure are such that; minimum = 0.35, lower Quartile (<italic>Q</italic><sub>1</sub>) = 0.73, median = 1.12, upper quartile (<italic>Q</italic><sub>3</sub>) = 1.50, and the maximum = 1.91. From the five number summary displayed in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2b</xref>, we obtain an interquartile range of 0.77. This measure of spread of the middle distribution of the computed values of the reproduction number can be quite significant in disease dynamics most especially in big populations. The values of <inline-formula><mml:math id="M108"><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> displayed in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2b</xref> indicate that there are combinations of processes described by the sampled parameters for which the disease can either be contained or made worse. For the sampled parameter space, <italic>p</italic>&#x02212;values of the respective PRCCs are computed using the approach detailed in [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>] and the results are summarized in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T3">
<label>Table 3</label>
<caption><p>Summary of the PRCCs and corresponding p-values for the sampled parameters.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Parameter</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Parameter range</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Nominal value</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>PRCC</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>FDR adjusted <italic>p</italic>-value</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Significant</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B2;</td>
<td valign="top" align="center">(1.2 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;6</sup>, 6.5 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;6</sup>)</td>
<td valign="top" align="center">4.2 &#x000D7; 10<sup>&#x02212;6</sup></td>
<td valign="top" align="center">0.9994</td>
<td valign="top" align="center">0.000</td>
<td valign="top" align="center">Yes</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B7;<sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="center">(0.0412, 0.0648)</td>
<td valign="top" align="center">0.058</td>
<td valign="top" align="center">0.0440</td>
<td valign="top" align="center">0.3311</td>
<td valign="top" align="center">No</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B7;<sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="center">(0.03825, 0.041)</td>
<td valign="top" align="center">0.039</td>
<td valign="top" align="center">0.0318</td>
<td valign="top" align="center">0.4746</td>
<td valign="top" align="center">No</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B8;</td>
<td valign="top" align="center">(0.018, 0.022)</td>
<td valign="top" align="center">0.02</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.0521</td>
<td valign="top" align="center">0.3015</td>
<td valign="top" align="center">No</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003D5;</td>
<td valign="top" align="center">(0.45, 0.55)</td>
<td valign="top" align="center">0.5</td>
<td valign="top" align="center">0.0240</td>
<td valign="top" align="center">0.5395</td>
<td valign="top" align="center">No</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C3;</td>
<td valign="top" align="center">(0.02385, 0.02915)</td>
<td valign="top" align="center">0.0265</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.0050</td>
<td valign="top" align="center">0.8749</td>
<td valign="top" align="center">No</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Based on the results in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2a</xref> and <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>, it is evident that enhancing preventive measures such as practicing regular hand hygiene, which includes washing your hands with clean water and soap, or using hand sanitizer can help contain the spread of the disease [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. Additional advise to individuals is to cover coughs and sneezes with their elbow instead of the hands, wearing a respirator or face mask most especially in crowded places [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>].</p>
</sec>
<sec>
<label>5.2.2</label>
<title>Sensitivity analysis of <inline-formula><mml:math id="M109"><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 contact rate is constant</title>
<p>The sensitivity analysis considered here is aimed at ascertaining whether the significant influence of contact rate on the reproduction number may have confounding effect on any of the parameters that are initially viewed not to be significantly sensitive. For the sensitivity analysis case considered in this part, we assume that the effective contact rate is maintained at the baseline value similar to all the other parameters which are not listed in <xref ref-type="table" rid="T4">Table 4</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T4">
<label>Table 4</label>
<caption><p>Summary of the PRCCs and corresponding p-values for the sampled parameters.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Parameter</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Parameter range</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Nominal value</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>PRCC</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>FDR adjusted <italic><italic>p</italic></italic>-value</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Significant</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B7;<sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="center">(0.0412, 0.0648)</td>
<td valign="top" align="center">0.058</td>
<td valign="top" align="center">0.0517</td>
<td valign="top" align="center">0.2574267</td>
<td valign="top" align="center">No</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B7;<sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="center">(0.03825, 0.041)</td>
<td valign="top" align="center">0.039</td>
<td valign="top" align="center">0.0144</td>
<td valign="top" align="center">0.6499708</td>
<td valign="top" align="center">No</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B8;</td>
<td valign="top" align="center">(0.018, 0.022)</td>
<td valign="top" align="center">0.02</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.9985</td>
<td valign="top" align="center">0.0000000</td>
<td valign="top" align="center">Yes</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003D5;</td>
<td valign="top" align="center">(0.45, 0.55)</td>
<td valign="top" align="center">0.5</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.04510</td>
<td valign="top" align="center">0.2583038</td>
<td valign="top" align="center">No</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C3;</td>
<td valign="top" align="center">(0.02385, 0.02915)</td>
<td valign="top" align="center">0.0265</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;0.0200</td>
<td valign="top" align="center">0.6499708</td>
<td valign="top" align="center">No</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The tornado plot, <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3a</xref> shows that the significantly sensitive parameter is &#x003B8; which represents the screening and isolation of infected individuals. Since the parameter has a negative PRCC, it indicates that increasing the screening and isolation rate of infected individuals helps reduce the likelihood of infection. The five number summary of the values of the reproduction number calculated from the sampling procedure are such that; minimum = 1.195, lower Quartile (<italic>Q</italic><sub>1</sub>) = 1.209, median = 1.221, upper quartile (<italic>Q</italic><sub>3</sub>) = 1.235, and the maximum = 1.250 (see <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3b</xref>). The computed values of reproduction number have an interquartile range (IQR) of 0.026, which shows a very narrow spread of the middle half of the distribution of the computed values of the reproduction number.</p>
<fig position="float" id="F3">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Sensitivity analysis results for the sampled parameters &#x003B7;<sub>1</sub>, &#x003B7;<sub>2</sub>, &#x003B8;, &#x003D5;, and &#x003C3;. <bold>(a)</bold> The tornado plot showing the computed PRCCs for the sampled parameters, <bold>(b)</bold> the box plot showing the summary of values of the reproduction number computed from the sampling procedure.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0003.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Tornado plot labeled panel a on the left displays PRCC values for six sampled parameters, with &#x003B8;, showing the strongest negative correlation and other parameters such as &#x003C3;, &#x003C6;, &#x003B7;2, and &#x003B7;1&#x0201A;'exhibiting weaker influences. Box plot labeled panel b on the right summarizes estimated reproduction number values, showing the median around one point two three and a narrow interquartile range.</alt-text>
</graphic>
</fig>
</sec>
<sec>
<label>5.2.3</label>
<title>Pairwise comparison of selected processes</title>
<p>We compare the relative influence of the changes in the effective contact rate (&#x003B2;) and (1) screen and isolation, (2) transfer rate of individuals from the hospital to the post-symptomatic stage. The consideration for screening and isolation is to draw insights from the results on whether it may be justified to recommend for such processes to be implemented in case of an outbreak. Our analysis showed that when both contact rate and screening parameters are varied, only the contact rate significantly affects the reproduction number-highlighting its dominant role in transmission dynamics. The results of the pairwise comparison of control parameters are given in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>.</p>
<fig position="float" id="F4">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Pairwise comparison of effective contact rate with <bold>(a)</bold> screen and isolation of infected individuals, and <bold>(b)</bold> the rate of transfer of individuals from the hospital setting to the post-symptomatic class.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0004.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Two contour plots compare effective contact rate beta, on the x-axis, against other epidemiological rates. The left plot shows screening and isolation rate theta, with diagonal color bands labeled 1.3 to 1.6. The right plot compares transfer rate sigma from hospitalized to post-symptomatic, also with color bands labeled 1.3 to 1.6. Both plots use a color gradient from blue to yellow.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>We note from <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4a</xref> that, keeping the screening rates (&#x003B8;) constant, a <inline-formula><mml:math id="M110"><mml:mn>23</mml:mn><mml:mi>%</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> decrease in the effective contact rate (&#x003B2;), results in a reduction of approximately <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:mn>25</mml:mn><mml:mi>%</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the reproduction number. Conversely, when the contact rate is held constant, increasing the screening and isolation rate by (&#x003B8;) by <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:mn>44</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>%</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>026</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>018</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>018</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> results in only a modest <inline-formula><mml:math id="M113"><mml:mn>7</mml:mn><mml:mi>%</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> reduction of the reproduction number which suggests diminishing returns for this strategy. This observation raises pertinent questions on whether a recommendation for widespread screening and isolation during a RSV outbreak would be justified. We note however that, the importance of any intervention measure that saves lives can not be over emphasized. In addition, in cases of large outbreaks, even a 7% reduction in the reproduction number can save many lives. In <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4b</xref>, when the transfer rate from the hospitalized class to the post-symptomatic class is kept constant, we observe a 19% reduction in the reproduction number for a 23% reduction in effective contact rate. On the other hand, a change in the transfer rate from hospitals to the post-symptomatic class results in a negligible reduction in the reproduction number. The results obtained in the pairwise comparison of the considered controls emphasize the need to focus on preventive measures indicated in Section 5.2.1 if the disease is to be contained.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<label>6</label>
<title>Numerical results</title>
<p>We implemented the numerical simulations of the model using the fourth-order Runge-Kutta method <italic>ODE45</italic> in Matlab R2023b. The parameter values used in the simulations are detailed in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>. We used the numerical simulations to determine the long term dynamics of the system, for the initial values <inline-formula><mml:math id="M114"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><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:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</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>s</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>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> respectively given as (50, 000, 50, 4, 1, 1, 1, 0, 0). The recruitment rate is given by &#x003BC; &#x000D7; <italic>N</italic><sub>0</sub> where <italic>N</italic><sub>0</sub> is the total initial population.</p>
<sec>
<label>6.1</label>
<title>Conditions for existence and containment of the infection</title>
<p>The model system of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref> was simulated for a selected set of parameters for which the reproduction number is either greater than or below 1. The results are presented in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>.</p>
<fig position="float" id="F5">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Shows the changes in the infected population, <bold>(a)</bold> for <inline-formula><mml:math id="M115"><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>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>994</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <bold>(b)</bold> for <inline-formula><mml:math id="M116"><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:mo>.</mml:mo><mml:mn>21</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Much lower peaks are observed when <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:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and the long term number of the infected are at negligible levels, which suggests the potential to contain the disease. In this figure, the model is simulated over a longer period to ascertain the possibility of containing the disease.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0005.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Two graphs compare infected population dynamics under two scenarios. The left graph, with R naught equals zero point nine nine four, shows declining curves. The right chart, with R naught equals one point two one, displays a higher peak and slower decline. Both graphs differentiate asymptomatic, symptomatic infected, in isolation, hospitalized, and post-symptomatic groups by color and line style over nine hundred days. </alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>The results show an initials increase in the infected population followed by a decline. This decline is attributed to self-limitation of the disease resulting from depletion of the susceptible population which consequently reduces the probability of new infections. The obtained results predict that the disease can be contained in the long term if intervention measures are put in place that reduce the reproduction number below 1. The results in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> show negligible long-term numbers of infected individuals.</p>
</sec>
<sec>
<label>6.2</label>
<title>Scenarios of mitigation measures with no waning immunity</title>
<sec>
<label>6.2.1</label>
<title>Implementation of contact suppression measures</title>
<p>The epidemiology of the disease can be managed by implementing disease contact suppression mechanisms. Here, we consider two scenarios; (1) a case when the suppression mechanisms are implemented right at the beginning of the outbreak, or when the disease cases are detected, and (2) when the mitigation strategies are implemented later on during the course of the disease. We seek to ascertain how each of the strategies impacts on the model reproduction number, the peak values of the infection and the expected time during the outbreak when the peaks can be reached. These scenarios help in informing policy makers on the best course of action when implementing this strategy. In our simulation approach, the baseline contact rate is the value indicated in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>. We then consider new contact rates &#x003B2;(1&#x02212;&#x003B1;), where &#x003B1; accounts for the percentage reduction. In this case, we considered reductions of 20%, 40% and 60% from the baseline value as possible scenarios.</p>
<p>We implemented the changes and simulated the model system to determine the long term behavior of each of the state variables. The results for the changes in the population of asymptomatic and symptomatic infected individuals as representative cases are indicated in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>.</p>
<fig position="float" id="F6">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>Shows the effect of early implementation of contact suppression strategies on, <bold>(a)</bold> the asymptomatic population, and <bold>(b)</bold> the symptomatic population. Early implementation of strategies result in lower peak values of the sub-populations and these peaks are attained later on during the epidemic.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0006.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Two graphs compare the effects of different contact suppression strategies on COVID-19 populations over three hundred days. Left graph shows asymptomatic individuals peaking higher and earlier with less suppression, while right graph shows symptomatic individuals following similar patterns. Each graph displays four curves: black for baseline, red for twenty percent reduced contact rate, blue for forty percent, and purple for sixty percent, with peak numbers decreasing and shifting later as contact rates are reduced. </alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>The values of peak values of the asymptomatic individuals computed for different scenarios of contact suppression measures are used to give a general indication of the trends of the sub-populations. The summary of the peak values, the times at which the peaks are attained, the computed values of the reproduction number and their corresponding percentage changes, as well as percentage changes in the peak asymptomatic cases are presented in <xref ref-type="table" rid="T5">Table 5</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T5">
<label>Table 5</label>
<caption><p>Changes in the reproduction number and peak values of the asymptomatic individuals for different levels of contact suppression measures.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">Time position of the main peak</td>
<td valign="top" align="center">69</td>
<td valign="top" align="center">88</td>
<td valign="top" align="center">133</td>
<td valign="top" align="center">300</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Main peak value of asymptomatic individuals</td>
<td valign="top" align="center">4,410</td>
<td valign="top" align="center">3,025</td>
<td valign="top" align="center">1398</td>
<td valign="top" align="center">50</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">%age change in the main peak values from the baseline</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02013;31.4</td>
<td valign="top" align="center">&#x02013;68.3</td>
<td valign="top" align="center">98.9</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Computed values of <inline-formula><mml:math id="M119"><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></td>
<td valign="top" align="center">2.98</td>
<td valign="top" align="center">2.39</td>
<td valign="top" align="center">1.79</td>
<td valign="top" align="center">1.19</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">%age change in <inline-formula><mml:math id="M120"><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 the baseline</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02013;20</td>
<td valign="top" align="center">&#x02013;40</td>
<td valign="top" align="center">&#x02013;60</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>It can be observed that the change in the values of <inline-formula><mml:math id="M118"><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 inversely proportion to percentage change in contact suppression measures. On the other hand, the peak values decrease exponentially with the increase in contact suppression measures.</p>
</sec>
<sec>
<label>6.2.2</label>
<title>Comparison between early and late implementation of contact suppression measures</title>
<p>We compare the scenarios when the contact suppression measures are either implemented in the very early stages of the outbreak or slightly later on as the disease progresses. Here, we used the variation in the hospitalized population as a representation of the changes occurring in different state variables. The procedure followed when implementing the changes in contact rate (&#x003B2;) are as described in Section 6.2.1. The results are presented in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>.</p>
<fig position="float" id="F7">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>Shows the effect of <bold>(a)</bold> early implementation of contact suppression strategies, <bold>(b)</bold> late implementation of contact suppression strategies on the hospitalized population. Early implementation of strategies result in lower peak values of hospitalisations.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0007.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Two graphs compare hospitalized individuals over three hundred days under early and late implementation of contact suppression measures, displaying baseline, 20 percent, 40 percent, and 60 percent reduced contact rates. Early implementation significantly lowers and delays peak hospitalizations compared to late implementation, highlighting the effectiveness of timely interventions. </alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>We observe that when contact suppression strategies are implemented in the early stages of the outbreak, it results in lower peak values of the individuals requiring hospitalization and peaks are attained at later time when compared to a scenario where the implementation of mitigation measures is delayed.</p>
</sec>
<sec>
<label>6.2.3</label>
<title>Implementation of stringent screening and isolation measures</title>
<p>We considered variations from the baseline isolation rate using the expression &#x003B8;(1 &#x0002B; &#x003B1;), a scenario which depicts tightening of infection control programs directed toward mitigation measures such as contact tracing, screening and isolation of asymptomatic infected individuals. The numerical results for the two significantly changing compartments are given in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>.</p>
<fig position="float" id="F8">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>Shows the change in <bold>(a)</bold> asymptomatic individuals, <bold>(b)</bold> isolated individuals for varying values of isolation rates.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0008.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Two graphs compare the impact of varying screening and isolation rates over two hundred days. The left graph shows asymptomatic infected persons, with higher screening rates lowering the peak. The right graph shows individuals in isolation, with higher screening rates increasing the isolation peak. Both graphs use black for baseline rates, blue for twenty percent increased, red for forty percent, and purple for sixty percent increased screening, with peaks occurring earlier as screening increases.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>With the implementation of screening and isolation, considerable differences in the changes in populations were observed for the asymptomatic and isolated individuals. The main peak values for the asymptomatic class were observed at around 55&#x02013;56 days (see <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8a</xref>) while the peaks were observed at around 75&#x02013;76 days for the individual in isolation (see <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8b</xref>). The rest of the compartments did not show significant changes in either the peak or equilibrium values. It is clear that there are more pronounced differences in the peak values for the compartment of individuals in isolation (see <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8b</xref>) compared to the compartment of asymptomatic individuals (see <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8a</xref>).</p>
</sec>
</sec>
<sec>
<label>6.3</label>
<title>Effect of waning immunity on the disease dynamics</title>
<p>Exploration of the effect of immunity on the disease dynamics was done by simulating the model for the case when immunity does not wane during the modeling time, and a case when recovered individuals remain immune for only 6 months after which immunity wanes. It should be noted that, waning of immunity contributes to replenishment of the susceptible population. The model system of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ3">Equation 1</xref> was adjusted to include a loop from the recovered class to the susceptible class to obtain updated system of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ48">Equation 6</xref>.</p>
<disp-formula id="EQ48"><mml:math id="M121"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>S</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>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</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>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math><label>(6)</label></disp-formula>
<p>Note that only the equations for the susceptible and recovered individuals are changed. The two considered cases are indicated in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9a</xref> (<bold>a case with waning immunity</bold>), and <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9b</xref>, a case when immunity does not wane within the modeling time. In both aspects, the reproduction number is greater than unity.</p>
<fig position="float" id="F9">
<label>Figure 9</label>
<caption><p>Shows the change in the model state variables when <bold>(a)</bold> &#x003C9; &#x02260; 0, and <bold>(b)</bold> &#x003C9; &#x0003D; 0, for the value of <italic>R</italic><sub>0</sub> &#x02248; 1.4.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0009.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Two graphs compare changes in infected populations over 700 days under two conditions when the basic reproduction number equals one point four; the left panel shows slightly higher and sustained secondary peaks for asymptomatic, symptomatic, and post-symptomatic cases when omega is not equal to zero, while the right panel-with omega equal to zero shows a single large initial peak followed by a rapid decline across all groups.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>The model predicts recurrent waves of the disease when immunity doesn&#x00027;t last long. On the contrary, only one major outbreak is predicted and the disease wouldn&#x00027;t be sustained when the population has prolonged immunity to the disease. In particular, if mitigation measures that boost or prolong immunity to RSV are implemented, the disease can be contained since there wont be enough replenishment of the susceptible population to sustain the epidemic.</p>
<sec>
<label>6.3.1</label>
<title>Implementation of stringent screening and isolation measures when &#x003C9; &#x02260; 0</title>
<p>The model system of <xref ref-type="disp-formula" rid="EQ48">Equation 6</xref> was simulated using the approached described in Sections 6.2.3. In particular, variations were made to the baseline isolation rate using the expression &#x003B8;(1 &#x0002B; &#x003B1;). We note that the adjusted model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ48">Equation 6</xref>) accounts for replenishment of the susceptible population from recovered individuals whose immunity has waned. The numerical results for the two significantly changing compartments are given in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref>.</p>
<fig position="float" id="F10">
<label>Figure 10</label>
<caption><p>Shows the effect of early implementation of contact suppression strategies on, <bold>(a)</bold> the asymptomatic population, and <bold>(b)</bold> the symptomatic population. Early implementation of strategies result in lower peak values of the sub-populations and these peaks are attained later on during the epidemic.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0010.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Two graphs compare effects of increased screening rates on asymptomatic infected persons and individuals in isolation over 700 days. Graph (a) shows asymptomatic cases, while graph (b) shows isolation numbers. Both use four colored lines representing baseline, 20 percent, 40 percent, and 60 percent increased screening rates. Spikes occur early, followed by declines and smaller secondary peaks for each scenario.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>More specifically, the changes in the number of asymptomatic individuals is presented in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10a</xref> and the individuals in isolation are presented in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10b</xref>. It can be observed that an increase in the screening and isolation rates results in the depletion of the asymptomatic population and replenishment of the isolated population. Significant changes for the two considered compartments are observed around the peak positions. In <xref ref-type="table" rid="T6">Table 6</xref>, we present the changes in the reproduction number and peak values of the asymptomatic individuals for different rates of screening and isolation.</p>
<table-wrap position="float" id="T6">
<label>Table 6</label>
<caption><p>Changes in the reproduction number and peak values of the asymptomatic individuals for different levels of screening and isolation.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">Time position of the main peak</td>
<td valign="top" align="center">79</td>
<td valign="top" align="center">79</td>
<td valign="top" align="center">80</td>
<td valign="top" align="center">81</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Main peak value of asymptomatic individuals</td>
<td valign="top" align="center">3,743</td>
<td valign="top" align="center">3,564</td>
<td valign="top" align="center">3,395</td>
<td valign="top" align="center">3,234</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">%age change in the main peak values from the baseline</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02013;4.78</td>
<td valign="top" align="center">&#x02013;9.30</td>
<td valign="top" align="center">&#x02013;13.60</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Computed values of <inline-formula><mml:math id="M122"><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></td>
<td valign="top" align="center">1.55</td>
<td valign="top" align="center">1.51</td>
<td valign="top" align="center">1.48</td>
<td valign="top" align="center">1.45</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">%age change in <inline-formula><mml:math id="M123"><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 the baseline</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;</td>
<td valign="top" align="center">&#x02013;2.58</td>
<td valign="top" align="center">&#x02013;4.52</td>
<td valign="top" align="center">&#x02013;6.45</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The trend and percentage changes for the isolated population differ slightly from those of the asymptomatic class as observed in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> where an increasing in screening rate resulted in the replenishment of the isolated population hence the positive values for the changes in peak values from the baseline (see <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10b</xref>).</p>
</sec>
<sec>
<label>6.3.2</label>
<title>Contact suppression measures in presence of waning immunity</title>
<p>We implemented the changes in the contact rate (using the same approach indicated in Section 6.2.1) and simulated the model system (<xref ref-type="disp-formula" rid="EQ48">Equation 6</xref>) to determine the long term behavior of each of the state variables. The results for the changes in the population of asymptomatic and symptomatic infected individuals as representative state variables are indicated in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref>.</p>
<fig position="float" id="F11">
<label>Figure 11</label>
<caption><p>Shows the effect of early implementation of contact suppression strategies on, <bold>(a)</bold> the asymptomatic population, and <bold>(b)</bold> the symptomatic population. Early implementation of strategies result in lower peak values of the sub-populations and these peaks are attained later on during the epidemic.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0011.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Two graphs compare the effect of baseline and reduced contact rates on disease spread over seven hundred days. The left graph shows numbers of asymptomatic individuals; the right shows symptomatic individuals. Four lines depict baseline, twenty percent, forty percent, and sixty percent reduced contact rates, each resulting in lower and delayed peaks as contact rates decrease.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>The simulation results predict that the infection would result in at least two waves of the epidemic with the second wave less severe than the first. In all cases, the scenario with higher implementation of contact suppression strategies is characterized by lower peaks of the number of infected. We observe that with up to 40% increase in contact suppression measures, the disease dynamics exhibit only one wave, and with at least a 60% increase from the baseline value, the disease may be contained. This scenarios is observed even when the model simulation is run for a much longer time, where negligible numbers of infected individuals are predicted. We then compare the scenarios when the disease mitigation measures are either implemented in the very early stages of the outbreak or slightly later on as the disease progresses. Here, we used the variation in the hospitalized population as a representation of the changes occurring in different state variables. The results are presented in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref>.</p>
<fig position="float" id="F12">
<label>Figure 12</label>
<caption><p>Shows the effect of <bold>(a)</bold> early implementation of contact suppression strategies, <bold>(b)</bold> late implementation of contact suppression strategies on the hospitalized population. Early implementation of strategies result in lower peak values of hospitalisations.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-12-1767887-g0012.tif">
<alt-text content-type="machine-generated">Two graphs compare hospitalised individuals over time for different contact suppression strategies, with the left showing early implementation and the right showing late implementation. Both graphs display four curves: baseline contact rate (black solid), 20 percent reduced (red dashed), 40 percent reduced (blue dash-dotted), and 60 percent reduced (purple dotted). Early implementation significantly reduces peak hospitalisations, while late implementation results in higher and broader peaks for all reduced contact rates.</alt-text>
</graphic>
</fig>
<p>We observe that when contact suppression strategies are implemented in the early stages of the outbreak, it results in lower and later peak values of the individuals requiring hospitalization. When the implementation of mitigation measures is delayed, higher and earlier peaks of the infected are observed when compared to the where control measures are applied early in the outbreak.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s7">
<label>7</label>
<title>Discussion and conclusion</title>
<p>A mathematical model describing the transmission dynamics of Respiratory Syncytial virus was developed and used to explore different scenarios under which the disease can be contained. The population considered was classified into 8 disjoint compartments but the individuals in each compartment were assumed to mix homogeneously. Basic properties of the model were determined including, positivity and boundedness of solutions, the model basic reproduction number, as well as the equilibrium points. The basic model has a disease free equilibrium which exists when the reproduction number is below 1 and is globally stable. In addition, a unique endemic equilibrium exists when the reproduction number is greater than one and it is globally stable. Global sensitivity analysis of selected model parameters as input values and the values of the reproduction number as the output was performed. The results indicated that increased contact between the susceptible and infectious individuals has the greatest potential of making the epidemic worse. It was also observed that including the contact rate in the sensitivity analysis computations may have a confounding effect on other processes that influence the disease dynamics. For example, it was observed that when the contact rate is kept constant, the sensitivity analysis results showed that isolation practices can play a significant role in containing the disease.</p>
<p>Numerical simulations were performed to explore the long-term behavior of the model. The results predicted that the disease remains persistent when the reproduction is greater than one and can be contained when the reproduction number is reduced to below one. Different scenarios of intervention measures were assessed, including (1) implementation of contact suppression measures, (2) consideration of screening and isolation for asymptomatic infected individuals, and (3) the case when immunity wanes/does not wane within the modeling time. Our results showed that;</p>
<list list-type="order">
<list-item><p>When disease contact suppression measures are enhanced, the reproduction number and the peak values of the infected population reduced in equal proportion. With early implementation of the measures, the results show that the peak values are attained at a much later stage of the epidemic (delayed peaks). This scenario allows for the healthcare system to prepare for cases that may require hospitalization. When the disease suppression measures are delayed by a few days, the peak values of the number of cases are attained at around the same time as the baseline case. However, the peak values are higher than in the cases of early implementation of contact suppression measures.</p></list-item>
<list-item><p>When disease screening and isolation of asymptomatic individuals are to be enforced, reasonable changes in the peak values of isolated individuals are observed but to the other infected classes. In relation to the asymptomatic population, the change in the values of reproduction numbers calculated for the different levels of screening were also not significant (see <xref ref-type="table" rid="T6">Table 6</xref>).</p></list-item>
<list-item><p>Implementation of mitigation measures that prolong immunity to the disease would not only curb occurrence of multiple waves of the outbreak, but also lead to early containment of the infection.</p></list-item>
</list>
<p>Based on the results of this study, it is recommended that intervention measures be introduced early on in the outbreak since it delays and lower the peaks of the outbreak thereby easing pressure on the healthcare system. In addition, it is suggested that public health policies should prioritize implementing contact suppression interventions as well as long-term solutions like vaccination with boosters that induce immunity to the disease instead of less effective labor-intensive isolation strategies.</p>
<p>We note that since natural immunity wanes over a short period of time, the modeling framework can be extended to account for multiple waves and seasonality that is exhibited by the disease most especially in regions that experience wintry weather. In addition, the disease affects different age groups with varying levels of severity and infection patterns where the infants and elderly tend to be the most adversely affected groups. Therefore, the modeling framework can be extended to describe disease transmission in age-clusters to produce more comprehensive results. More still, given that the two strains RSV A and RSV B often co-circulate annually in affected populations, future research work may consider extending the models to capture this aspect. However, it should be noted that, in a given season, one subtype may be more dominant than the other. Other aspects that can be considered in future work include vaccination, optimal control and cost-effectiveness analysis of any identified feasible RSV mitigation measures.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s8">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s9">
<title>Author contributions</title>
<p>LR: Conceptualization, Data curation, Formal analysis, Methodology, Writing &#x02013; original draft, Writing &#x02013; review &#x00026; editing. MS: Data curation, Formal analysis, Writing &#x02013; review &#x00026; editing. HN: Conceptualization, Formal analysis, Supervision, Writing &#x02013; review &#x00026; editing. ZN: Data curation, Formal analysis, Writing &#x02013; review &#x00026; editing.</p>
</sec>
<ack><title>Acknowledgments</title><p>LR and HN acknowledges the support from the Department of Mathematics and Statistical Sciences, BIUST. MS acknowledges the support of the Organization for Women in Science for the Developing World (OWSD) and the Swedish International Development Cooperation Agency (SIDA).</p></ack>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The author(s) declared that this work 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="s11">
<title>Generative AI statement</title>
<p>The author(s) declared that generative AI was not used in the creation of this manuscript.</p>
<p>Any alternative text (alt text) provided alongside figures in this article has been generated by Frontiers with the support of artificial intelligence and reasonable efforts have been made to ensure accuracy, including review by the authors wherever possible. If you identify any issues, please contact us.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s12">
<title>Publisher&#x00027;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Coultas</surname> <given-names>JA</given-names></name> <name><surname>Smyth</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Openshaw</surname> <given-names>PJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Respiratory syncytial virus (RSV): a scourge from infancy to old age</article-title>. <source>Thorax</source>. (<year>2019</year>) <volume>74</volume>:<fpage>986</fpage>&#x02013;<lpage>93</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1136/thoraxjnl-2018-212212</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">31383776</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cant&#x000FA;-Flores</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Rivera-Alfaro</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Mu&#x000F1;oz-Escalante</surname> <given-names>JC</given-names></name> <name><surname>Noyola</surname> <given-names>DE</given-names></name></person-group>. <article-title>Global distribution of respiratory syncytial virus A and B infections: a systematic review</article-title>. <source>Pathog Glob Health</source>. (<year>2022</year>) <volume>116</volume>:<fpage>398</fpage>&#x02013;<lpage>409</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/20477724.2022.2038053</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">35156555</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ruckwardt</surname> <given-names>TJ</given-names></name> <name><surname>Morabito</surname> <given-names>KM</given-names></name> <name><surname>Graham</surname> <given-names>BS</given-names></name></person-group>. <article-title>Determinants of early life immune responses to RSV infection</article-title>. <source>Curr Opin Virol</source>. (<year>2016</year>) <volume>16</volume>:<fpage>151</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.coviro.2016.01.003</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26986236</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<mixed-citation publication-type="web"><collab>WHO</collab>. <source>Respiratory syncytial virus (RSV)</source> (<year>2025</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/respiratory-syncytial-virus-(rsv)">https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/respiratory-syncytial-virus-(rsv)</ext-link> (Accessed February 3, 2025).</mixed-citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Peeples</surname> <given-names>ME</given-names></name> <name><surname>Boucher</surname> <given-names>RC</given-names></name> <name><surname>Collins</surname> <given-names>PL</given-names></name> <name><surname>Pickles</surname> <given-names>RJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Respiratory syncytial virus infection of human airway epithelial cells is polarized, specific to ciliated cells, and without obvious cytopathology</article-title>. <source>J Virol</source>. (<year>2002</year>) <volume>76</volume>:<fpage>5654</fpage>&#x02013;<lpage>66</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1128/JVI.76.11.5654-5666.2002</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11991994</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<mixed-citation publication-type="web"><collab>CDC</collab>. <source>Respiratory Syncytial Virus Infection (RSV): Symptoms and Care</source> (<year>2023</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.cdc.gov/rsv/about/?CDC_AAref_Val=https://www.cdc.gov/rsv/about/symptoms.html">https://www.cdc.gov/rsv/about/?CDC_AAref_Val=https://www.cdc.gov/rsv/about/symptoms.html</ext-link> (Accessed February 3, 2025).</mixed-citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<mixed-citation publication-type="web"><collab>MedlinePlus</collab>. <source>Respiratory Syncytial Virus Infections</source>. (<year>2024</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://medlineplus.gov/respiratorysyncytialvirusinfections.html">https://medlineplus.gov/respiratorysyncytialvirusinfections.html</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Munywoki</surname> <given-names>PK</given-names></name> <name><surname>Koech</surname> <given-names>DC</given-names></name> <name><surname>Agoti</surname> <given-names>CN</given-names></name> <name><surname>Bett</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Cane</surname> <given-names>PA</given-names></name> <name><surname>Medley</surname> <given-names>GF</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Frequent asymptomatic respiratory syncytial virus infections during an epidemic in a rural kenyan household cohort</article-title>. <source>J Infect Dis</source>. (<year>2015</year>) <volume>212</volume>:<fpage>1711</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/infdis/jiv263</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25941331</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Martcheva</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <source>An introduction to Mathematical Epidemiology</source>. New York: Springer. (<year>2015</year>). doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4899-7612-3</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<mixed-citation publication-type="book"><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></person-group>. <source>Mathematical Epidemiology of Infectious Diseases: Model Building, Analysis and Interpretation</source>. <publisher-loc>Baffins lane, Chichester, England</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x00026; Sons, LTD</publisher-name>. (<year>2000</year>).</mixed-citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pohjolainen</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Heili&#x000F6;</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>L&#x000E4;hivaara</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Laitinen</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Mantere</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Merikoski</surname> <given-names>J</given-names></name> <etal/></person-group>. <source>Mathematical Modelling</source>. <publisher-loc>Switzerland</publisher-loc>: <publisher-name>Springer International Publishing</publisher-name> (<year>2016</year>).</mixed-citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Acedo</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>D&#x000ED;ez-Domongo</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Mora&#x000F1;o</surname> <given-names>JA</given-names></name> <name><surname>Villanueva</surname> <given-names>RJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Mathematical modelling of respiratory syncytial virus (RSV): vaccination strategies and budget applications</article-title>. <source>Epidemiol Infect</source>. (<year>2010</year>) <volume>138</volume>, <fpage>853</fpage>&#x02013;<lpage>860</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0950268809991373</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20003640</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Halasa</surname> <given-names>NB</given-names></name> <name><surname>Williams</surname> <given-names>JV</given-names></name> <name><surname>G J Wilson</surname> <given-names>WFW</given-names></name> <name><surname>Schaffner</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Wright</surname> <given-names>PF</given-names></name></person-group>. <article-title>Medical and economic impact of a respiratory syncytial virus outbreak in a neonatal intensive care unit</article-title>. <source>Pediatr Infect Dis J</source>. (<year>2005</year>) <volume>24</volume>:<fpage>1040</fpage>&#x02013;<lpage>4</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1097/01.inf.0000190027.59795.ac</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16371862</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Weber</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Weber</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Milligan</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Modeling epidemics caused by respiratory syncytial virus (RSV)</article-title>. <source>Math Biosci</source>. (<year>2001</year>) <volume>172</volume>:<fpage>95</fpage>&#x02013;<lpage>113</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0025-5564(01)00066-9</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11520501</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Zhu</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Gao</surname> <given-names>GF</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>Z</given-names></name></person-group>. <article-title>Epidemiological and clinical characteristics of respiratory syncytial virus infections in children aged &#x0003C; 5 years in China, from 2014-2018</article-title>. <source>Vaccines</source>. (<year>2022</year>) <volume>10</volume>:<fpage>810</fpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/vaccines10050810</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<mixed-citation publication-type="web"><collab>Gov of Canada</collab>. <source>Respiratory syncytial virus: Infectious substances pathogen safety data sheet</source> (<year>2026</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.canada.ca/en/public-health/services/laboratory-biosafety-biosecurity/pathogen-safety-data-sheets-risk-assessment/respiratory-syncytial-virus.html">https://www.canada.ca/en/public-health/services/laboratory-biosafety-biosecurity/pathogen-safety-data-sheets-risk-assessment/respiratory-syncytial-virus.html</ext-link> (Accessed January 26, 2026).</mixed-citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<mixed-citation publication-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Heywood</surname> <given-names>AL</given-names></name></person-group>. <source>Is It Possible to Get RSV More Than Once</source>? (<year>2024</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.healthline.com/health/can-you-get-rsv-twice&#x00023;takeaway">https://www.healthline.com/health/can-you-get-rsv-twice&#x00023;takeaway</ext-link> (Accessed March 27, 2024).</mixed-citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bont</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Versteegh</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Swelsen W, Heijnen CJ, Kavelaars A, Brus F, et al. Natural reinfection with respiratory syncytial virus does not boost virus-specific t-cell immunity</article-title>. <source>Pediatr Res</source>. (<year>2002</year>) <volume>52</volume>:<fpage>363</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1203/00006450-200209000-00009</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Terefe</surname> <given-names>YA</given-names></name> <name><surname>Kassa</surname> <given-names>SM</given-names></name> <name><surname>Njagarah</surname> <given-names>JBH</given-names></name></person-group>. <article-title>Impact of the WHO integrated stewardship policy on the control of methicillin-resistant <italic>Staphyloccus aureus</italic> and third-generation cephalosporin-resistant <italic>Escherichia coli</italic>: using a mathematical modeling approach</article-title>. <source>Bull Math Biol</source>. (<year>2022</year>) <volume>84</volume>:<fpage>97</fpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11538-022-01051-1</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">35931917</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Njagarah</surname> <given-names>HJB</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 epidemcs</article-title>. <source>J Biol Dyn</source>. (<year>2013</year>) <volume>21</volume>:<fpage>1350001</fpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218339013500010</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sigauke</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Njagarah</surname> <given-names>HJB</given-names></name> <name><surname>Kassa</surname> <given-names>SM</given-names></name> <name><surname>Szomolay</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Can community-base care and environmental disinfection mitigate the pneumonia burden?</article-title> <source>J Biol Syst</source>. (<year>2025</year>) <volume>33</volume>:<fpage>2550018</fpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218339025500184</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<mixed-citation publication-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>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0025-5564(02)00108-6</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>LaSalle</surname> <given-names>JP</given-names></name></person-group>. <source>The Stability of Dynamical Systems</source>. <publisher-loc>Philadelphia</publisher-loc>: <publisher-name>Society for Industrial and Applied Mathematics.</publisher-name> (<year>1976</year>).</mixed-citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nyabadza</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Njagarah</surname> <given-names>HJB</given-names></name> <name><surname>Smith</surname> <given-names>RJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Modelling the dynamics of crystal meth (&#x02018;tik&#x00027;) abuse in the presence of drug-supply chains in South Africa</article-title>. <source>Bull Math Biol</source>. (<year>2013</year>) <volume>75</volume>:<fpage>24</fpage>&#x02013;<lpage>48</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11538-012-9790-5</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23196353</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kaler</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Hussain</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Patel</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Hernandez</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Ray</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Respiratory syncytial virus: a comprehensive review of transmission, pathophysiology, and manifestation</article-title>. <source>Cureus</source>. (<year>2023</year>) <volume>15</volume>:<fpage>e36342</fpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.7759/cureus.36342</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">37082497</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Blower</surname> <given-names>SM</given-names></name> <name><surname>Dowlatabadi</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Sensitivity and uncertainty analysis of complex models of disease transmission: an HIV model, as an example</article-title>. <source>Int Stat Rev</source>. (<year>1994</year>) <volume>62</volume>:<fpage>229</fpage>&#x02013;<lpage>43</lpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.2307/1403510</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kassa</surname> <given-names>SM</given-names></name> <name><surname>Njagarah</surname> <given-names>JBH</given-names></name> <name><surname>Terefe</surname> <given-names>YA</given-names></name></person-group>. <article-title>Analysis of the mitigation strategies for COVID-19: from mathematical modelling perspective</article-title>. <source>Chaos, Solit Fractals</source>. (<year>2020</year>) <volume>138</volume>:<fpage>109968</fpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2020.109968</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32536760</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<mixed-citation publication-type="web"><collab>Government of Canada</collab>. <source>Respiratory syncytial virus (RSV): Prevention and risks</source>. (<year>2024</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.canada.ca/en/public-health/services/diseases/respiratory-syncytial-virus-rsv/prevention-risks.html">https://www.canada.ca/en/public-health/services/diseases/respiratory-syncytial-virus-rsv/prevention-risks.html</ext-link> (Accessed February 26, 2025).</mixed-citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cohen</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Kleynhans</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Moyes</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>McMorrow</surname> <given-names>ML</given-names></name> <name><surname>Treurnicht</surname> <given-names>FK</given-names></name> <name><surname>Hellferscee</surname> <given-names>O</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Incidence and transmission of respiratory syncytial virus in urban and rural South Africa, 2017-2018</article-title>. <source>Nat Commun</source>. (<year>2024</year>) <volume>15</volume>:<fpage>116</fpage>. doi: <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41467-023-44275-y</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">38167333</pub-id></mixed-citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<mixed-citation publication-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>O&#x00027;Neill</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <source>Sub-Saharan Africa: Life expectancy at birth from 2011 to 2021</source> (<year>2024</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.statista.com/statistics/805644/life-expectancy-at-birth-in-sub-saharan-africa/">https://www.statista.com/statistics/805644/life-expectancy-at-birth-in-sub-saharan-africa/</ext-link> (Accessed June 20, 2024).</mixed-citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<mixed-citation publication-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Havers</surname> <given-names>FP</given-names></name> <name><surname>Whitaker</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Melgar</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Chatwani</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Chai</surname> <given-names>SJ</given-names></name> <name><surname>Alden</surname> <given-names>NB</given-names></name> <etal/></person-group>. <source>Characteristics and Outcomes Among Adults Aged</source> &#x02265;60 <italic>Years Hospitalized with Laboratory-Confirmed Respiratory Syncytial Virus-RSV-NET, 12 States, July 2022&#x02013;June 2023</italic>. (<year>2024</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.cdc.gov/mmwr/volumes/72/wr/mm7240a1.htm">https://www.cdc.gov/mmwr/volumes/72/wr/mm7240a1.htm</ext-link> (Accessed May 2, 2024).</mixed-citation>
</ref>
</ref-list>
<fn-group>
<fn fn-type="custom" custom-type="edited-by" id="fn0001">
<p>Edited by: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2212112/overview">Joseph Malinzi</ext-link>, University of Eswatini, Eswatini</p>
</fn>
<fn fn-type="custom" custom-type="reviewed-by" id="fn0002">
<p>Reviewed by: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1563497/overview">Rendani Netshikweta</ext-link>, University of Limpopo, South Africa</p>
<p><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2109377/overview">Bushra Majeed</ext-link>, York University, Canada</p>
<p><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/3325634/overview">Bernard Afful</ext-link>, Utah State University, United States</p>
</fn>
</fn-group>
</back>
 </article>