<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">861633</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2022.861633</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A Cost Metric for Team Efficiency</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Moskowitz</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">A Cost Metric for Team Efficiency</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Moskowitz</surname>
<given-names>Ira S.</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1591135/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>
<institution>Naval Research Laboratory</institution>, <institution>Information Management and Decision Architectures Branch</institution>, <addr-line>Washington</addr-line>, <addr-line>DC</addr-line>, <country>United States</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/313975/overview">William Frere Lawless</ext-link>, Paine College, United States</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/539754/overview">Sergio Da Silva</ext-link>, Federal University of Santa Catarina, Brazil</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1677834/overview">Stephen Russell</ext-link>, Jackson Memorial Hospital, United States</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Ira S. Moskowitz, <email>ira.moskowitz@nrl.navy.mil</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Interdisciplinary Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>25</day>
<month>04</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2022</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>861633</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>24</day>
<month>01</month>
<year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>28</day>
<month>02</month>
<year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x00A9; 2022 This work is authored by Moskowitz on behalf of the U.S. Government and as regards Dr. Moskowitz and the U.S. Government, is not subject to copyright protection in the United States. Foreign and other copyrights may apply.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>This work is authored by Moskowitz on behalf of the U.S. Government and as regards Dr. Moskowitz and the U.S. Government, is not subject to copyright protection in the United States. Foreign and other copyrights may apply</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>We use a Riemannian metric as a cost metric when it comes to the optimal decisions that should be made in a multi-agent/Team scenario. The two parameters of interest to us are Team skill and Team interdependence, which are modeled as Wiener process drift and the inverse of Wiener process diffusion, respectively. The underlying mathematics is presented, along with some approximating rules of thumb. It is noteworthy that the mathematics points to, what seems at first, counter-intuitive paradigms for Team performance. However, in reality the mathematics shows a subtle interplay between the factors affecting Team performance.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>agents</kwd>
<kwd>team</kwd>
<kwd>Wiener process</kwd>
<kwd>Brownian motion</kwd>
<kwd>multi-agent system</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>We are concerned here with how a multi-agent System (MAS) [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], or Team, reaches the successful conclusion of a task. In Team science, an important parameter for success is interdependence [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. The Team may be human, machine, or a hybrid. However, our mathematical assumptions implicitly assume that the Team is very machine-like in its behavior and discounts the vagaries of human psychology, e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. We address this further at the conclusion of this article.</p>
<p>In [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] it was shown how to model Team behavior as (1-dimensional) Brownian motion [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] (starting at a point <italic>Z</italic> on the line). In particular, we proposed using Brownian motion <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mi mathvariant="script">B</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:math>
</inline-formula> with (high) drift <italic>&#x3bc;</italic>, for (high) Team skill and (low) diffusion <italic>&#x3c3;</italic>, for (high) interdependence, arbitrarily starting at a point <italic>Z</italic>, 0 &#x2264; <italic>Z</italic> &#x2264; <italic>A</italic>. We consider that the Team has succeeded if it reaches point <italic>A</italic> before 0, and the Team has failed if it reaches 0 before <italic>A</italic>.</p>
<p>The drift, as mentioned, models Team skill. By way of motivation (using humans), imagine we have a restaurant kitchen crew (building on the restaurant Team given in [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]). We would like all the Team members to have the most skill possible; this would go into the calculation of the drift <italic>&#x3bc;</italic>. High skill mapping to high <italic>&#x3bc;</italic>. We would also like the Team to work together, hence we desire a high interdependence. Interdependence is the inverse of the diffusion, thus a Team with high interdependence has low diffusion <italic>&#x3c3;</italic>, and a Team with each Team member acting independently of the other has high diffusion <italic>&#x3c3;</italic>. This leads to the question of which is better&#x2014;high drift <italic>&#x3bc;</italic>, or low diffusion <italic>&#x3c3;</italic>? Again, let us go back to our kitchen crew example. If everyone in the kitchen is skilled, but working independently of the others, the result will be a disaster. The dessert will be served before the main course, wine will be served after dessert, etc. Thus, skill alone does not lead to optimal success. On the other hand, consider a kitchen crew with no skill, but working together hand in glove. The results here are also less than optimal&#x2014;very bad food served in an efficient manner. What is needed is a combination of both factors for optimal Team success, and that is what our idealized mathematics show.</p>
<p>Definition 1. W<italic>e say that a stochastic process</italic> <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>is a Wiener proce</italic>ss [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] if<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>.</italic>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; <italic>With probability 1, the function</italic> <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>is continuous in</italic> <italic>t</italic>
<italic>.</italic>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; <italic>The stochastic process</italic> <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>, has stationary, independent increments.</italic>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; <italic>The increment,</italic> <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>, has the distribution of the standard normal random variable,</italic> <italic>N</italic> (0, <italic>t</italic>) (<italic>this latter part of the definition tells us that</italic> <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>has the distribution of</italic> <italic>N</italic> (0, <italic>t</italic>))<italic>.</italic>
</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>Definition 2. From [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>], we say that <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mi mathvariant="script">B</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:math>
</inline-formula> is Brownian motion with drift &#x3bc; and diffusion &#x3c3;, that starts at Z, 0 &#x2264; Z &#x2264; A, if<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m9">
<mml:mi mathvariant="script">B</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="script">W</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Let <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m10">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> be the probability that <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m11">
<mml:mi mathvariant="script">B</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:math>
</inline-formula> hits the bottom boundary first (Team failure), then <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m12">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the probability that it hits the top boundary first (Team success). <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> is an example of such a sample path. These probabilities are derived from stopping probabilities ([<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]), and we use L&#x2019;H&#xf4;pital&#x2019;s rule for <italic>&#x3bc;</italic> &#x3d; 0.<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m13">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>if&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m14">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>if&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Brownian motion, <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m15">
<mml:mi mathvariant="script">B</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:math>
</inline-formula>, starting at <italic>Z</italic> and with absorbing boundaries at <italic>A</italic> (top) and 0 (bottom).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-861633-g001.tif"/>
</fig>
<p>For now, we will concentrate on <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref>. Keep in mind that as <italic>&#x3c3;</italic> &#x2192; 0, then <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m16">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, if <italic>&#x3bc;</italic> &#x3e; 0, and that <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m17">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, if <italic>&#x3bc;</italic> &#x3c; 0 (of course, if <italic>Z</italic> &#x3e; <italic>A</italic>, this would not hold).</p>
<p>For <italic>Z</italic> &#x3d; 0, we have that <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m18">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> since 0 is an absorbing boundary&#x2014;that is, if we start at 0 we are done. Also, for <italic>Z</italic> &#x3d; <italic>A</italic>, we have that <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m19">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, which also makes sense&#x2014;if we start at <italic>A</italic>, we never leave <italic>A</italic>.</p>
<p>Now say that we need to make an assessment&#x2014;is it better to modify the drift <italic>&#x3bc;</italic> or modify the diffusion <italic>&#x3c3;</italic> to increase <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m20">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>? Also, what is the cost of this modification, and how do we measure the cost?</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 First Steps</title>
<p>We start by defining our manifold <bold>B</bold> and its Riemannian structure.<xref ref-type="fn" rid="fn1">
<sup>1</sup>
</xref>
</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Our Manifold <bold>B</bold>
</title>
<p>We would like to know the costs of changing <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m21">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as we vary <italic>&#x3bc;</italic> and <italic>&#x3c3;</italic>. We consider <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m22">
<mml:mi mathvariant="script">B</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:math>
</inline-formula> in terms of its two parameters, <italic>&#x3bc;</italic> and <italic>&#x3c3;</italic>.</p>
<p>With this in mind, we define a 2-dimensional Riemannian manifold <bold>B</bold>, homeomorphic to <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m23">
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, and with a global <italic>&#x3bc;</italic>, <italic>&#x3c3;</italic> chart. We give <bold>B</bold> the Riemannian metric<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m24">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This metric captures the fact that for <italic>&#x3c3;</italic> fixed, the difference in <italic>&#x3bc;</italic> is simply the standard <italic>L</italic>
<sub>1</sub> distance between them, and that it is independent of the diffusion value. However, the diffusion is also independent of the drift value, but as we attempt to make the diffusion (standard deviation) smaller, it costs more and more, until we approach <italic>&#x221e;</italic> at the Dirac distribution.</p>
<p>Note 1&#x2014;We have chosen to give an infinitesimal distance between points (<italic>&#x3bc;</italic>, <italic>&#x3c3;</italic>) and (<italic>&#x3bc;</italic> &#x2b; <italic>d&#x3bc;</italic>, <italic>&#x3c3;</italic> &#x2b; <italic>d&#x3c3;</italic>) and then extend it to a global distance. The Riemannian metric <italic>ds</italic>
<sup>2</sup> captures the fact that changes in <italic>&#x3bc;</italic> are Euclidean straight-line distance, whereas changes in <italic>&#x3c3;</italic> are based on the inverse of the variance. This concept aligns with how normal distributions differ. We further note that this result is also similar to the Fisher information of the normal distribution (a normalized Poincar&#xe9; upper-half-plane). What is important about our Riemannian metric is that only the <italic>d&#x3c3;</italic>
<sup>2</sup> is modified from the standard Euclidean metric. Again, this emphasizes the fact that changing the mean of the normal distribution is strictly Euclidean, whereas if we attempt to lower the variance, it requires much more &#x201c;power,&#x201d; and in the limit approaches infinite power. This approach agrees with our thinking that total interdependence (exactly the opposite of independent behavior) has a diffusion of 0, where as totally uncorrelated behavior has infinite diffusion [13, 6.4.2].&#x2014;</p>
<p>Thus, <bold>B</bold> has the first fundamental form<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m25">
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;where&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mtext>are&#x2009;indexed&#x2009;independently&#x2009;over&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Assume we are at <italic>p</italic> &#x2208; <bold>B</bold>, where <italic>p</italic> &#x3d; (<italic>p</italic>
<sub>
<italic>&#x3bc;</italic>
</sub>, <italic>p</italic>
<sub>
<italic>&#x3c3;</italic>
</sub>), and with tangent vectors <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at <italic>p</italic>, where <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the canonical basis for the tangent space at <italic>p</italic>.</p>
<p>The inner product between them is<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m29">
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>The norm of a vector <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m31">
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x27e8;" close="&#x27e9;">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Say <italic>c</italic>(<italic>t</italic>) is a smooth curve in <bold>B</bold>, <italic>c</italic>: (<italic>a</italic>, <italic>b</italic>) &#x2192; <bold>B</bold>, then there is the velocity vector field (on the curve) denoted as <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula>. This velocity vector field assigns to each point <italic>c</italic>(<italic>t</italic>&#x2032;) on the curve <italic>c</italic>(<italic>t</italic>) the velocity vector (which is also a tangent vector of M) of the curve at <italic>c</italic>(<italic>t</italic>&#x2032;) expressed as <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (keep in mind that this is multi-dimensional).</p>
<p>That is, <italic>c</italic>(<italic>t</italic>) &#x3d; (<italic>c</italic>
<sub>
<italic>&#x3bc;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>), <italic>c</italic>
<sub>
<italic>&#x3c3;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>)), and <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (where the raised dot symbol is the usual differentiation with respect to <italic>t</italic>, and <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are understood to be the canonical tangent space basis vectors at the point <italic>c</italic>(<italic>t</italic>) &#x2208; <italic>M</italic>). To simplify notation, we can express this as <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>We define the <bold>length</bold> of <italic>c</italic>(<italic>t</italic>), denoted as <italic>L</italic>(<italic>c</italic>), as<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m38">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>Given two points, <italic>p</italic>, <italic>q</italic> &#x2208; <bold>B</bold>, and <italic>c</italic>(<italic>t</italic>), any smooth curve between them (this can be relaxed to include piece-wise smooth, but not of class <italic>C</italic>
<sup>
<italic>&#x221e;</italic>
</sup>), we define the <bold>distance</bold> between them as<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m39">
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:mi>inf</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Team Geometry</title>
<p>Our metric is modeled on the hyperbolic metric in the Poincar&#xe9; half-plane model. An important difference is that <italic>E</italic> does not depend on the <italic>&#x3c3;</italic> value. The change in drift is independent of the diffusion value which we feel is the correct way to model Team action. Furthermore, the <italic>&#x3bc;</italic> distance is linear with respect to <italic>&#x3bc;</italic>. This choice assumes that only the change of Team skill matters, not the values it ranges between. However, the change in diffusion, which is independent of drift, does depend on the different diffusion (interdependence values) that the Team is choosing between. This approach makes sense in terms of a normal distribution. Going from a normal distribution <italic>N</italic> (<italic>&#x3bc;</italic>, 10) to <italic>N</italic> (<italic>&#x3bc;</italic>, 9) requires much less change in the distribution itself than going from <italic>N</italic> (<italic>&#x3bc;</italic>, 1) to <italic>N</italic> (<italic>&#x3bc;</italic>, 0.9), and again going from <italic>N</italic> (<italic>&#x3bc;</italic>, 0.5) to <italic>N</italic> (<italic>&#x3bc;</italic>, 0.45).</p>
<p>We see in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> that as <italic>&#x3c3;</italic> &#x2192; 0<sup>&#x2b;</sup>, the difference in the normal plots is more severe. This behavior is in contrast to changing <italic>&#x3bc;</italic>, which has the effect of shifting the graph to the left or right, but not changing its shape. We use a Riemannian manifold because it gives us the means to modify the metric for other models of Team behavior. This approach is accomplished by adjusting the <italic>g</italic>
<sub>
<italic>ij</italic>
</sub> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>
<italic>N</italic> (0, <italic>&#x3c3;</italic>
<sup>2</sup>) for three groups. g The bottom pair is <italic>&#x3c3;</italic> &#x3d; 10, 9; the middle pair is <italic>&#x3c3;</italic> &#x3d; 1, 0.9; and the top two, which are the most different are <italic>&#x3c3;</italic> &#x3d; 0.5, 0.45.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-861633-g002.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Curvature and Geodesics</title>
<p>We start by considering the Gaussian (sectional) curvature <italic>K</italic> of <bold>B</bold> as a function of the first fundamental form.</p>
<p>First, using <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref>, we consider the easily obtainable matrices (the sub-index indicates the partial differentiation with respect to that index) for <bold>B</bold>.<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m40">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mtext>&#x2009;and&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>From [14, Eq. (9.22), Eq. (9.33)] we use the Brioschi formula for a Riemannian 2-manifold in general with generic parameters <italic>&#x3bc;</italic>, <italic>v</italic>, which, for arbitrary <italic>E</italic> and <italic>G</italic>, and when <italic>F</italic> &#x3d; 0 [14, Eq. 9.25], becomes<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m41">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m42">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For <bold>B</bold>, <italic>G</italic>
<sub>
<italic>&#x3bc;</italic>
</sub> &#x3d; 0 and <italic>E</italic>
<sub>
<italic>&#x3c3;</italic>
</sub> &#x3d; 0, we find that <italic>K</italic> &#x3d; 0.</p>
<p>Now we move on to the geodesics of <bold>B</bold>. First we have to find the Christoffel (tensor) symbols (symmetric in the lower indicies). We define these on a local patch of a Riemannian 2-manifold, <italic>M</italic>, in general with generic parameters <italic>&#x3bc;</italic>, <italic>&#x3c3;</italic>.<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m43">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m44">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m45">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m46">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m47">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m48">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Thus, for our manifold <bold>B</bold>, we have that all of the Christoffel symbols are 0, except for <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m49">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
<p>Definition 3. <italic>For</italic> <italic>t</italic> &#x2208; (0, 1)<italic>, a smooth curve</italic> <italic>c</italic>(<italic>t</italic>) &#x3d; (<italic>c</italic>
<sub>1</sub>(<italic>t</italic>), <italic>c</italic>
<sub>2</sub>(<italic>t</italic>))<italic>,</italic> <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</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>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>in a Riemannian manifold with</italic> &#x2207; <italic>being the Levi-Civita</italic> connection [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] is a <bold>geo<italic>desic</italic>
</bold> <italic>if</italic>
<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m51">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2207;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In general, one does not need to restrict <italic>t</italic> to the unit interval, but we have done this as a convenience. In general, geodesics are unique up to an affine parametrization; without loss of generality, we have fixed this by setting the <italic>t</italic> interval to [0, 1]. Note that by the existence and uniqueness theorem for ordinary differential equations (ODEs), we can find a unique geodesic if we also include the vector values at <italic>c</italic> (0) and <italic>c</italic>&#x2032;(0). (It turns out for <bold>B</bold> that this follows directly.)</p>
<p>We do not want to get into too many of the details of the &#x2207; operator above. It is covariant differentiation, which is the directional derivative of the vector field <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> in the direction <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> with adjustments for curvature <italic>K</italic>. Details can be readily found in the literature (e.g. [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]). Since the one local coordinate system (patch) we have given for <bold>B</bold> suffices, the geodesic equation reduces to<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m54">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;and</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m55">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>which, using the above values of the Christoffel symbols, simplifies to<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m56">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;and</mml:mtext>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m57">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Trivially, we find that<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m58">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>To obtain <italic>c</italic>
<sub>
<italic>&#x3c3;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>), we need to solve a non-linear second order ODE, so we simplify notation and use the auxiliary variable <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m59">
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, which gives <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m60">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. Now we perform the usual trickery, but check our answer at the end.<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m61">
<mml:mtable class="eqnarray-star">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</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>which when we check does solve <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Eq. 21</xref> for <italic>c</italic>
<sub>
<italic>&#x3c3;</italic>
</sub>(<italic>t</italic>) in its most general form. Thus,<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m62">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Theorem 1. The constants <italic>a</italic>, <italic>b</italic>, <italic>&#x3b1;</italic>, <italic>&#x3b2;</italic> uniquely fix the geodesic.</p>
<p>Proof. Say there are two geodesics <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m63">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">B</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> such that<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m64">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>and</mml:mtext>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Assume they are the same geodesic; then by evaluating the geodesic at <italic>t</italic> &#x3d; 0, we have that<disp-formula id="equ7">
<mml:math id="m66">
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Now using the above and evaluating the geodesics at <italic>t</italic> &#x3d; 1, we have that<disp-formula id="equ8">
<mml:math id="m67">
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>&#x25a1;</p>
<p>So all we have to do now is to determine the four constants in the geodesic curve to uniquely specify it. As noted above, if we specify <italic>c</italic>(0) &#x3d; (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>0</sub>) and <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2135;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2136;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then simple calculations show that we uniquely fix the geodesic as<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m69">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2135;</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2136;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>However, we are interested in the boundary value problem to see if knowing <italic>c</italic>(0), <italic>c</italic>&#x2032;(0) also gives us a unique solution. In general, for geodesics on an arbitrary Riemannian manifold, this result need not be true. By way of example, consider the geodesics (where the locus is a great circle) on <italic>S</italic>
<sup>2</sup>. Given <italic>c</italic>(0), <italic>c</italic>(1), there are infinitely many geodesics that satisfy the conditions (they just keep wrapping around). What is different in our situation, however, is that the geodesics never go back on themselves (this is seen by looking at the form of <italic>c</italic>(<italic>t</italic>)). If we have that <italic>c</italic>(0) &#x3d; (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>0</sub>) and <italic>c</italic>(1) &#x3d; (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>1</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>1</sub>), then simple calculations show that these boundary conditions uniquely fix the geodesic as<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m70">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Thus, for the geodesics <italic>c</italic>: [0, 1] &#x2192; <bold>B</bold>, we find that a solution exists and, given <italic>c</italic>(0) and <italic>c</italic>(1), that the geodesic is uniquely expressed as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref>.</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Equations 6</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref> tell us how to obtain a topology based on the metric distance. This topology makes <bold>B</bold> homeomorphic to the upper half-plane with its standard topology. (Note though that <bold>B</bold> is not isometric to the upper half-plane with the standard Euclidean metric.) Since the latter space is complete, so is <bold>B</bold>. By the Hopf-Rinow theorem [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>], given an initial point <italic>p</italic> &#x3d; (<italic>x</italic>
<sub>0</sub>, <italic>y</italic>
<sub>0</sub>), and a final point <italic>q</italic> &#x3d; (<italic>x</italic>
<sub>1</sub>, <italic>y</italic>
<sub>1</sub>), there exists a geodesic <italic>c</italic>(<italic>t</italic>) between them such that <italic>c</italic> (0) &#x3d; <italic>p</italic>, <italic>c</italic> (1) &#x3d; <italic>q</italic> and <italic>L</italic>(<italic>c</italic>) &#x3d; <italic>d</italic> (<italic>p</italic>, <italic>q</italic>). Given <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref>, we have shown how to uniquely construct such a geodesic; therefore, the geodesic from <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref> has the property that its length is the distance between the points.</p>
<p>The message from this result is that, given two points <italic>p</italic>, <italic>q</italic> on <bold>B</bold>, if we find the geodesic between them (remember we only use as a domain [0, 1]), then the length of that geodesic is the distance between them. This result is similar to what occurs in the Poincar&#xe9; upper half-plane. We also note that this result would not work on <italic>S</italic>
<sup>2</sup> because the boundary values do not uniquely determine the geodesic&#x2014;as discussed above, the geodesics on <italic>S</italic>
<sup>2</sup> can wrap around themselves, which does not happen on <bold>B</bold> or the Poincar&#xe9; upper half-plane. Therefore, this leaves us with the following corollary to the above theorem.</p>
<p>Corollary 1.1. Given two points in <italic>p</italic> &#x3d; (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub>, <italic>v</italic>
<sub>0</sub>) &#x2208; <bold>B</bold>, and <italic>q</italic> &#x3d; (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>1</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>1</sub>) &#x2208; <bold>B</bold>, there is a unique geodesic <italic>c</italic>: [0, 1] &#x2192; <bold>B</bold> between them such that <italic>c</italic>(0) &#x3d; <italic>p</italic>, <italic>c</italic>(1) &#x3d; <italic>q</italic>. Furthermore, <italic>c</italic>(<italic>t</italic>) is length minimizing, that is, <italic>L</italic>(<italic>c</italic>) &#x3d; <italic>d</italic> (<italic>p</italic>, <italic>q</italic>). The geodesic is as given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref>.</p>
<p>Now let us examine the length of our geodesic <italic>c</italic>(<italic>t</italic>) between <italic>p</italic> &#x3d; (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>0</sub>) and <italic>q</italic> &#x3d; (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>1</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>1</sub>). By <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Equation 6</xref>, we have that. <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m71">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mtext>,&#x2009;thus,&#x2009;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
<p>Corollary 1.2. Given two points in <italic>p</italic> &#x3d; (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>0</sub>) &#x2208; <bold>B</bold>, <italic>q</italic> &#x3d; (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>1</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>1</sub>) &#x2208; <bold>B</bold>, the length of the unique geodesic <italic>c</italic>(<italic>t</italic>) between them is<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m72">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Let us see what some of these geodesics look like (their traces).</p>
<p>Example 1: Let us examine the case where <italic>&#x3c3;</italic> is held constant between two points. Let <italic>p</italic> &#x3d; (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>1</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>), <italic>q</italic> &#x3d; (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>2</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>). The geodesic between them is<disp-formula id="equ9">
<mml:math id="m73">
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>We illustrate this result with <italic>p</italic> &#x3d; (9, 2), <italic>q</italic> &#x3d; (3, 2) in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. When <italic>v</italic> is fixed, we are in a standard Euclidean metric, the length of the geodesic is its distance, and it follows from <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Eqs 6</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref> that <italic>d</italic> (<italic>p</italic>, <italic>q</italic>) &#x3d; &#x7c;<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>1</sub> &#x2212; <italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub>&#x7c;,</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Geodesic starting at <italic>p</italic> &#x3d; (9, 2) and ending at <italic>q</italic> &#x3d; (3, 2).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-861633-g003.tif"/>
</fig>
<p>The result is a horizontal straight line of length six. When <italic>v</italic> is fixed, our geometry is standard Euclidean geometry. Example 2: Let us now look at the opposite situation, when we hold <italic>&#x3bc;</italic> fixed and vary <italic>&#x3c3;</italic>.</p>
<p>The trace of this geodesic, shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>, is simply a vertical line, however, its length is not its Euclidean length of 2&#x2014;0.5 &#x3d; 1.5, rather its length is <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m74">
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.39</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. The geometry here is far from Euclidean. But now let us consider the geodesic starting at <italic>p</italic> &#x3d; (3, 0.2) and ending at <italic>q</italic> &#x3d; (3, 0.05). Again, its length is not the Euclidean length of 0.15; rather, its length is <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m75">
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>05</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.39</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, the same as the first part of this example. Let us summarize these two examples. For <bold>B</bold>, the length of a geodesic connecting two points with fixed <italic>&#x3c3;</italic> is simply their Euclidean distance. However, the length of a geodesic in <bold>B</bold> connecting two points with the same <italic>&#x3bc;</italic> only depends on their ratio, the distance being the absolute value of the natural log of the ratio.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Geodesic starting at <italic>p</italic> &#x3d; (3, 2) and ending at <italic>q</italic> &#x3d; (3, 0.5).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-861633-g004.tif"/>
</fig>
<p>Let us look at the general geodesics a bit more. In <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, we see paths of the geodesics that start at (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>0</sub>) and end at (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>1</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>1</sub>). These representative samples, along with <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref>, show the general shape of the geodesics.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Various geodesics.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-861633-g005.tif"/>
</fig>
<p>An interesting question becomes: Given a point (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>0</sub>), what is the locus of points (<italic>&#x3bc;</italic>, <italic>&#x3c3;</italic>) distance <italic>D</italic> from this point? From <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Equation 25</xref>, we easily have that<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m76">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>From this result, we see that <italic>&#x3bc;</italic> &#x2208; [<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub> &#x2212; <italic>D</italic>, <italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub> &#x2b; <italic>D</italic>] and <italic>&#x3c3;</italic> &#x2208; [<italic>&#x3c3;</italic>
<sub>0</sub>
<italic>e</italic>
<sup>&#x2212;<italic>D</italic>
</sup>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>0</sub>
<italic>e</italic>
<sup>
<italic>D</italic>
</sup>].</p>
<p>We plot in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> the locus of points for <italic>&#x3c3;</italic> as a 2-valued &#x201c;function&#x201d; of <italic>&#x3bc;</italic>, with distance 2 from the point (1.5, 3) and when Z&#x3d;.6 (recall that we have normalized <italic>A</italic> to 1).</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Geodesic locus: Points at a distance 2 from (1.5, 3) with <italic>A</italic> &#x3d; 1, <italic>Z</italic> &#x3d;0.6. This is our metric &#x201c;circle.&#x201d;</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-861633-g006.tif"/>
</fig>
<p>Let us go back to <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Eq. 3</xref> and see how <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m77">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> varies as we look at all of the points at a set distance from (<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub>, <italic>&#x3c3;</italic>
<sub>1</sub>).</p>
<p>We start by summarizing some of the results from [16, Sec 6.2.2] that discuss how <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m78">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> behaves.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m79">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an increasing function of <italic>&#x3bc;</italic>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; For <italic>&#x3bc;</italic> &#x3e; 0, <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m80">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a decreasing function of <italic>&#x3c3;</italic>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; For <italic>&#x3bc;</italic> &#x3c; 0, <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m81">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an increasing function of <italic>&#x3c3;</italic>.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>Since the center of our 2-ball is (1.5, 3), let us examine the two points with extreme <italic>&#x3bc;</italic> values of -0.5 and 3.5. We find that<disp-formula id="equ10">
<mml:math id="m82">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>5,3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>587</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>639</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>690</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>and<disp-formula id="equ11">
<mml:math id="m83">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>406</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>999</mml:mn>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>639</mml:mn>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>3.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>22.17</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>601</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Keep in mind that for <italic>&#x3bc;</italic> fixed at 3.5, as <italic>&#x3c3;</italic> grows, the boundary probability approaches 0.6 &#x3d; <italic>Z</italic>/<italic>A</italic> &#x3d; 0.6/1. This results in the values at the four &#x201c;corners&#x201d; of the metric-circle. One might think that the south pole is the highest probability. Let us plot <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m84">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> as a 2-valued function of <italic>&#x3bc;</italic>. That is, we plot <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m85">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> as a function of <italic>&#x3bc;</italic> with <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m86">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> (which corresponds to the top red semi-circle) and <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m87">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> (which corresponds to the bottom blue semi-circle). The range of <italic>&#x3bc;</italic> is <italic>&#x3bc;</italic> &#x2208; [<italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub> &#x2212; <italic>D</italic>, <italic>&#x3bc;</italic>
<sub>0</sub> &#x2b; <italic>D</italic>]. The point <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has a lesser probability than <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, since for <italic>&#x3bc;</italic> fixed, the smaller <italic>&#x3c3;</italic> becomes, the greater the probability when <italic>&#x3bc;</italic> is positive.</p>
<p>Please note when comparing <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref> that the blue and red regions have shifted.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>
<inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m90">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of point distance 2 from (<italic>&#x3bc;</italic>, <italic>&#x3c3;</italic>) &#x3d; (1.5, 3) as <italic>&#x3bc;</italic> increases (indicated by arrow direction) from &#x2212;0.5 to 3.5. We see that for negative drift, the probabilities have an inverse behavior.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-861633-g007.tif"/>
</fig>
<p>From <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>, one might infer that the maximum probability occurs at the bottom corner (<italic>&#x3bc;</italic>, <italic>&#x3c3;</italic>) &#x3d; (1.5, 0.406). Further numerical analysis shows that this is not true; the actual maximum occurs closer to when <italic>&#x3bc;</italic> &#x3d; 2 (with the corresponding <italic>&#x3c3;</italic> &#x3e; 0.406). Let us use a different example to show this result better, as in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>. Here, it is much more obvious that the maximum probability does not occur at the south pole of the metric circle.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>
<inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m91">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of points distance 2 from (<italic>&#x3bc;</italic>, <italic>&#x3c3;</italic>) &#x3d; (1.5, 6) as <italic>&#x3bc;</italic> increases (indicated by the arrow&#x2019;s direction) from &#x2212;0.5 to 3.5.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-861633-g008.tif"/>
</fig>
<p>We also see that the minimum probability does not occur for the smallest <italic>&#x3bc;</italic>; rather, it too is a combination of a small <italic>&#x3bc;</italic>, but with a larger <italic>&#x3c3;</italic>.</p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref>, we have combined the plots from <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref>. That is, <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>, which is a plot of a 2-valued function of <italic>&#x3c3;</italic> against <italic>&#x3bc;</italic>, is sketched in (<italic>&#x3bc;</italic>, <italic>&#x3c3;</italic>, 0) space. In <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>, since <italic>&#x3c3;</italic> is now a 2-valued function of <italic>&#x3bc;</italic>, we see that the probability <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m92">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (of points distance 2 from the center (1.5, 3)) is a 2-valued function of <italic>&#x3bc;</italic> and lives naturally in (<italic>&#x3bc;</italic>, <italic>&#x3c3;</italic>, <italic>p</italic>) space. In other words, the points on the top of a point of distance 2 is on the top plot. The red curves correspond to <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m93">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, and the blue curves correspond to <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m94">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. We see that the red probability hovers around 0.6, whereas the blue approaches, very closely in fact, to a probability of 1.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Combo.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-861633-g009.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Surface Geometry</title>
<p>Let us move away from points a certain Riemannian distance from a point and consider the surface and the level sets of <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m95">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As before, we will normalize <italic>A</italic> to be 1, and let <italic>Z</italic> &#x3d; 0.6. The behavior of <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m96">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as functions of <italic>&#x3bc;</italic> and <italic>&#x3c3;</italic> has been analyzed in [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], so we will not repeat the results from there. The plot of <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m97">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref>.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Plot of <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m98">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <italic>&#x3bc;</italic> &#x2208; (&#x2212;3, 3), <italic>&#x3c3;</italic> &#x2208; (0, 1.5). The limited range is due to the fact that the plot is extremely close to 1 for large <italic>&#x3bc;</italic> and small <italic>&#x3c3;</italic>. The function is continuous and is equal to 0.6 when <italic>&#x3bc;</italic> &#x3d; 0.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-861633-g010.tif"/>
</fig>
<p>Let us consider the level sets of <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m99">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; in fact, this holds for the level sets of <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m100">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for <italic>Z</italic> &#x2208; (0, 1).</p>
<p>Theorem 2. T<italic>he level sets of</italic> <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m101">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> <italic>correspond to constant values of</italic> <italic>&#x3bc;</italic>/<italic>&#x3c3;</italic>
<sup>2</sup>
<italic>.</italic>
</p>
<p>Proof. (&#x21D0;) If <italic>&#x3bc;</italic>/<italic>&#x3c3;</italic>
<sup>2</sup> &#x3d; <italic>&#x3bc;</italic>&#x2032;/<italic>&#x3c3;</italic>&#x2032;<sup>2</sup> &#x3d; <italic>k</italic>, then it is obvious that <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m102">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. (&#x21d2;) By (16, Cor 3.1), we have that for <italic>C</italic> &#x3e; <italic>D</italic> &#x3e; 0, that <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m103">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> is an increasing function of <italic>x</italic>. Let <italic>C</italic> &#x3d; 2, <italic>D</italic> &#x3d; 2<italic>Z</italic>, we have that <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m104">
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> is an increasing function of <italic>k</italic> and the result follows. &#x25a1;</p>
<p>Let us look at the level sets of this surface in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref>. We see 100 level sets going from left to right in ascending order from 0.01 to 0.99 in approximate steps of 0.01. The middle level set is white and that corresponds to <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m105">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> which occurs when <italic>&#x3bc;</italic> &#x3d; 0.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Level sets of <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m106">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, horizontal axis is <italic>&#x3bc;</italic>, vertical axis is <italic>&#x3c3;</italic>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-861633-g011.tif"/>
</fig>
<p>Keep in mind that every level set of <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m107">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> corresponds to the curve given by <italic>&#x3bc;</italic>/<italic>&#x3c3;</italic>
<sup>2</sup> &#x3d; <italic>k</italic>. For <italic>k</italic> &#x3c; 0, we have the level set on the left hand side (LHS) of <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref>. For <italic>k</italic> &#x3d; 0, we have the vertical white line at <italic>&#x3bc;</italic> &#x3d; 0, and for <italic>k</italic> &#x3e; 0 we have the level sets on the right hand side (RHS) of <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref>. Note that we specifically illustrated the level set corresponding to <italic>&#x3bc;</italic>/<italic>&#x3c3;</italic>
<sup>2</sup> &#x3d; &#x2212;1 which is equivalent to <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m108">
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> and corresponds to the red level set on the LHS of the figure; and corresponds to <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m109">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>363</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. We also illustrated the level set corresponding to <italic>k</italic> &#x3d; 1, which is the purple curve on the RHS of the figure and corresponds to <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m110">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
<mml:mspace width="-0.17em"/>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mn>808</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. Of course, now we see why the maximum values that we discussed above are not at <italic>&#x3bc;</italic> corresponding to the center of the metric circle, but to the right. This result occurs because the level curve that is tangent to the plot is where the maximum is found. This result can be analyzed with Lagrange multiplier theory, a direction we will pursue in future work. It suffices for this article to show that the trade-off between <italic>&#x3bc;</italic> and <italic>&#x3c3;</italic> is non-trivial.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Impact on Teams and Multi-Agent Systems</title>
<p>We have learned from the mathematics that the decision to attempt to increase skill or to increase interdependence is not trivial. The best answer is a complicated mathematical expression. We also could have looked at the time to obtain the correct answer, but this is even more complicated and will also be addressed in future work.</p>
<p>Presently, our problem boils down to the probability of reaching the correct answer by using the Riemannian distance described in this article&#x2014;which gets a Team to the highest new probability of success by staying within the distance constraints on skill and interdependence.</p>
<p>Of course, general rules of thumb can be derived by studying the geometry of the question in hand, and near-optimal solutions may be good enough to satisfy a user.</p>
<p>Recall from [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>], for <italic>&#x3bc;</italic> &#x3e; 0 (the situations we have been looking into), the lower the diffusion, the greater the interdependence. We note that our mathematics shows that <italic>to optimize Team performance, it takes a combination of increasing the drift/skill</italic> <italic>&#x3bc;</italic> &#x3e; 0 <italic>and lowering the diffusion</italic> <italic>&#x3c3;</italic> (<italic>increasing interdependence</italic>) <italic>to optimize the probability of the Team of multi-agents of reaching the correct conclusion to a problem that it confronts.</italic>
</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Concluding Remarks</title>
<p>Presently, to avoid complicated Riemannian geometric discussions, it is best to use rules of thumb that can be derived from the various plots of the Teams in question. This present work continues the theme emphasized by Lawless [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>] of the importance of interdependence, but also has thrown the skill issue into the mathematical mix. This point is not to say that others have ignored skill, rather that their focus was in the interesting and not completely understood topic of interdependence. It was our desire in this article to present a framework incorporating more of the mathematics for decision making.</p>
<p>Future work needs to be done on this topic. We have presented an idealized mathematical model. If the Teams are not simply multi-agents systems, but rather human, or human-machine hybrid teams, our model must be tempered by human factors. Humans do not act as automatons. These ideas are discussed in detail in the beautiful books by Kahneman [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], and also [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. A good overview of Kahneman&#x2019;s Nobel prize work in behavioral economics can be found in [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. In fact, from [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] we can take the concept of noise and view that in terms of diffusion. As we rely more and more on hybrid teams, we must factor in a behavioral economics type approach to Team decision making. How this relates to the mathematics holds promise as a new research area. Furthermore, Teams are often subject to the wisdom of crowds [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>], or the stupidity of crowds [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>] (this work involves ants, which might be better representative agents than humans when attempting to model a machine), and the mathematical model we have presented does not incorporate such human factors. Of course, future work could include looking at and measuring these factors for an actual Team/MAS.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s6">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author Contributions</title>
<p>The author confirms being the sole contributor of this work and has approved it for publication.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s8">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The author declares that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s9">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ack>
<p>We thank Bill Lawless, Ruth Heilizer and the reviewers for their efforts. We are grateful to a reviewer and Ciara Sibley for pointing out, and discussing, the relevant research of Daniel Kahneman.</p>
</ack>
<fn-group>
<fn id="fn1">
<label>1</label>
<p>In this article, we had to make a choice between readability for the non-expert in differential geometry and exact precision with respect to Riemannian geometry. We hope that we have achieved a happy middle ground, and we assure the interested reader that any of the missing fine points can be found in the literature (e.g. [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]).</p>
</fn>
</fn-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book">
<collab>National Research Council</collab>. <article-title>Enhancing the Effectiveness of Team Science</article-title>. In: <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>NJ</surname>
<given-names>Cooke</given-names>
</name>
<name>
<surname>ML</surname>
<given-names>Hilton</given-names>
</name>
</person-group>, editors. <source>Committee on the Science of Team Science; Board on Behavioral, Cognitive, and Sensory Sciences; Division of Behavioral and Social Sciences and Education; National Research Council</source>. <publisher-loc>Washington, DC</publisher-loc>: <publisher-name>The National Academies Press</publisher-name> (<year>2015</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="book">
<collab>Springer</collab>. <source>Autonomous Agents and Multi-Agent Systems</source>. <publisher-loc>Berlin, Germany</publisher-loc>: <publisher-name>Springer Journal</publisher-name> (<year>1998-2021</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Feller</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <source>An Introduction to Probability Theory and its Applications, Vols.1&#x26;2</source>. <publisher-loc>Hoboken, NJ, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name> (<year>1950/1968</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Einstein</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>&#xdc;ber die von der molekularkinetischen Theorie der W&#xe4;rme geforderte Bewegung von in ruhenden Fl&#xfc;ssigkeiten suspendierten Teilchen</article-title>. <source>Ann Phys</source> (<year>1905</year>) <volume>322</volume>:<fpage>549</fpage>&#x2013;<lpage>60</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/andp.19053220806</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kahneman</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Maps of Bounded Rationality: Psychology for Behavioral Economics</article-title>. <source>Am Econ Rev</source> (<year>2003</year>) <volume>3</volume>(<issue>5</issue>):<fpage>14491475</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1257/000282803322655392</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kahneman</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Thinking, Fast and Slow</source>. <publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Farrar, Straus and Giroux</publisher-name> (<year>2013</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kahneman</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Olivier</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cass</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Noise: A Flaw in Human Judgment</source>. <publisher-loc>New York City</publisher-loc>: <publisher-name>Little, Brown Spark</publisher-name> (<year>2021</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lalley</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mykland</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Lecture Note Statistics 313: Stochastic Processes II</source>. <publisher-loc>New York City</publisher-loc>: <publisher-name>Spring</publisher-name> (<year>2013</year>). <comment>Available from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://galton.uchicago.edu/%20lalley/Courses/313/">https://galton.uchicago.edu/lalley/Courses/313/</ext-link>
</comment>. (<comment>Accessed October 13, 2021</comment>). </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lawless</surname>
<given-names>WF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The Entangled Nature of Interdependence. Bistability, Irreproducibility and Uncertainty</article-title>. <source>J Math Psychol</source> (<year>2017</year>) <volume>78</volume>:<fpage>51</fpage>&#x2013;<lpage>64</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmp.2016.11.001</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lawless</surname>
<given-names>WF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The Physics of Teams: Interdependence, Measurable Entropy and Computational Emotion</article-title>. <source>Front Phys</source> (<year>2017</year>) <volume>2017</volume>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2017.00030</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lawless</surname>
<given-names>WF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Quantum-Like Interdependence Theory Advances Autonomous Human-Machine Teams (A-HMTs)</article-title>. <source>Entropy</source> (<year>2020</year>) <volume>22</volume>(<issue>11</issue>):<fpage>1227</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/e22111227</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Moskowitz</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lawless</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hyden</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mittu</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Russell</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <source>A Network Science Approach to Entropy and Training</source>. Palo <publisher-loc>Alto, California, U.S.</publisher-loc>: <publisher-name>AAAI Spring Symposia Series, AAAI Press</publisher-name>, <year>2015</year>. </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Moskowitz</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Agent Team Action, Brownian Motion and Gambler&#x2019;s Ruin</article-title>. <source>Eng Artificially Intell Syst</source> (<year>2021</year>) <volume>2021</volume>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-030-89385-9_6</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Moskowitz</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Russell</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lawless</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>An Information Geometric Look at the Valuing of Information</article-title>. In <source>Chapter 9. Human-Machine Shared Contexts</source>. Editors <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>W</surname>
<given-names>Lawless</given-names>
</name>
</person-group>. <publisher-loc>Amsterdam, Netherlands</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name> (<year>2020</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/b978-0-12-820543-3.00009-2</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Moskowitz</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brown</surname>
<given-names>NL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Goldstein</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Fractional Brownian Motion Approach to Psychological and Team Diffusion Problems</article-title>. In: <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>W</surname>
<given-names>Lawless</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> editors. <source>Ch. 11, Systems Engineering and Artificial Intelligence</source>. <publisher-loc>Berlin, Germany</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2021</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-030-77283-3_11</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Moskowitz</surname>
<given-names>IS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Agent Team Action, Brownian Motion and Gambler&#x2019;s Ruin. Chaper 11</article-title>. In: <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>W</surname>
<given-names>Lawless</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> editors. <source>Lecture Notes in Computer Science (LNCS)</source>. <publisher-loc>Berlin, Germany</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2021</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ratcliff</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Theory of Memory Retrieval</article-title>. <source>Psychol Rev</source> (<year>1978</year>) <volume>85</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>59</fpage>&#x2013;<lpage>108</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ratcliff</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Smith</surname>
<given-names>PL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brown</surname>
<given-names>SD</given-names>
</name>
<name>
<surname>McKoon</surname>
<given-names>G</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Diffusion Decision Model: Current Issues and History</article-title>. <source>Trends Cogn Sci</source> (<year>2016</year>) <volume>20</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>260</fpage>&#x2013;<lpage>81</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tics.2016.01.007</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sasaki</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Granovskiy</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mann</surname>
<given-names>RP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sumpter</surname>
<given-names>DJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pratt</surname>
<given-names>SC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pratta</surname>
<given-names>SC</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Ant Colonies Outperform Individuals when a Sensory Discrimination Task Is Difficult but Not when it Is Easy</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci U S A</source> (<year>2013</year>) <volume>110</volume>:<fpage>13769</fpage>&#x2013;<lpage>73</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1304917110</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Spivak</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <source>A Comprehensive Introduction to Differential Geometry. Volumes 1-5</source>. <edition>3rd ed.</edition> <publisher-loc>Los Angeles</publisher-loc>: <publisher-name>Publish or Perish</publisher-name> (<year>1999</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Surowiecki</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <source>The Wisdom of Crowds</source>. <publisher-loc>New York City</publisher-loc>: <publisher-name>Anchor</publisher-name> (<year>2005</year>). </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>