<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Psychiatry</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Psychiatry</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Psychiatry</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">1664-0640</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fpsyt.2023.1083015</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Psychiatry</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Turing instability mechanism of short-memory formation in multilayer FitzHugh-Nagumo network</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Wang</surname> <given-names>Junjie</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Shen</surname> <given-names>Jianwei</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/430118/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>School of Mathematics and Statistics, Zhengzhou University</institution>, <addr-line>Zhengzhou</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>School of Mathematics and Statistics, North China University of Water Resources and Electric Power</institution>, <addr-line>Zhengzhou</addr-line>, <country>China</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Jianzhong Su, University of Texas at Arlington, United States</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Yanmei Kang, Xi&#x00027;an Jiaotong University, China; Wei Lin, Fudan University, China</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Jianwei Shen <email>xcjwshen&#x00040;gmail.com</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>This article was submitted to Computational Psychiatry, a section of the journal Frontiers in Psychiatry</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>27</day>
<month>03</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>14</volume>
<elocation-id>1083015</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>28</day>
<month>10</month>
<year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>14</day>
<month>02</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2023 Wang and Shen.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Wang and Shen</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<sec>
<title>Introduction</title>
<p>The study of brain function has been favored by scientists, but the mechanism of short-term memory formation has yet to be precise.</p>
</sec>
<sec>
<title>Research problem</title>
<p>Since the formation of short-term memories depends on neuronal activity, we try to explain the mechanism from the neuron level in this paper.</p>
</sec>
<sec>
<title>Research contents and methods</title>
<p>Due to the modular structures of the brain, we analyze the pattern properties of the FitzHugh-Nagumo model (FHN) on a multilayer network (coupled by a random network). The conditions of short-term memory formation in the multilayer FHN model are obtained. Then the time delay is introduced to more closely match patterns of brain activity. The properties of periodic solutions are obtained by the central manifold theorem.</p>
</sec>
<sec>
<title>Conclusion</title>
<p>When the diffusion coeffcient, noise intensity <italic>np</italic>, and network connection probability <italic>p</italic> reach a specific range, the brain forms a relatively vague memory. It is found that network and time delay can induce complex cluster dynamics. And the synchrony increases with the increase of <italic>p</italic>. That is, short-term memory becomes clearer.</p>
</sec></abstract>
<kwd-group>
<kwd>FHN model</kwd>
<kwd>short-term memory</kwd>
<kwd>multilayer network</kwd>
<kwd>Turing pattern</kwd>
<kwd>delay</kwd>
<kwd>Hopf bifurcation</kwd>
<kwd>noise</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="9"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="74"/>
<ref-count count="45"/>
<page-count count="13"/>
<word-count count="6405"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>In 1952, Alan Hodgkin and Andrew Huxley developed the famous Hodgkin-Huxley (HH) model based on nerve stimulation potential data of squid. Due to the high dimension and computational complexity of the HH model, Richard FitzHugh and J.Nagumo simplified the HH model and established the FHN model. In the actual nerve conduction process, there is a certain time delay in signal transmission, which caused a lot of research on the FHN model with time delay. Wang et al. studied bifurcation and synchronization (<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>), bifurcation structure (<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>), Fold-Hopf bifurcation (<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>), periodic oscillation (<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>), and global Hopf bifurcation (<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>) of coupled FHN model with time delay. Yu et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>) found that the noise level can change the signal transmission performance in the FHN network, and the delay can cause multiple stochastic resonances. Gan et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>) also found that appropriate delay can induce stochastic resonances in FHN scale-free networks and devoted themselves to extending the range of stochastic resonance on complex neural networks. Zeng et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>) found that, unlike noise, the system undergoes a phase transition as the time delay increases. Bashkirtseva and Ryashko analyzed the excitability of the FHN model using the stochastic sensitivity function technique and proposed a new method for analyzing attractors (<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>). In addition, it is found that there are very complex dynamic phenomena in the FHN model. Rajagopal et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>) studied chaos and periodic bifurcation diagrams under different excitation currents and found that the dynamic behavior of the nodes alters dramatically after the introduction of Gaussian noise. Iqbal et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>) studied robust adaptive synchronization of a ring-coupled uncertain chaotic FHN model and proposed a scheme to synchronize the coupled neurons under external electrical stimulation. Feng et al. studied the influence of external electromagnetic radiation on the FHN model. And they found that periodic, quasi-periodic, and chaotic motions would occur in different frequency intervals when the external electromagnetic radiation was in the form of a cosine function (<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>).</p>
<p>In the same year, the HH model was proposed, Turing discovered that a stable uniform state would become unstable under certain conditions in a reaction-diffusion system, which attracted a lot of attention and was introduced into various fields. Liu et al. found that cross-diffusion could lead to Turing instability of periodic solutions (<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>). Lin et al. analyzed the conditions of Turing-Hopf bifurcation and the spatiotemporal dynamics near the bifurcation point in diffusion neural networks with time delay (<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>). Mondal et al. studied the dynamical behaviors near the Turing-Hopf bifurcation points of the neural model. And they found that collective behaviors may be related to the generation of some brain pathologies (<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>). Qu and Zhang studied the conditions required for various bifurcations in the FHN diffusion system under Neumann boundary conditions and extended them to coupled FHN model (<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>). With the boom of complex networks in recent years, many scholars have begun to study the Turing pattern under the network (<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>). Ren et al. extended these studies to multilayer networks (<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>). Moreover, Tian et al. investigated pattern and Hopf bifurcation caused by time delay in the Small-World network, Barabasi-Albert free-scale network, and Watts-Strogatz network (<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>). These studies take the pattern problem to a new level.</p>
<p>Researchers are keen to study some characteristic behaviors of the brain from the perspective of the network because the brain is a complex network system with hierarchical and modular structures (<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>). Neurons generate complex cluster dynamic behaviors through synaptic coupling to form brain function. Neurons with similar connection patterns usually have the same functional attributes (<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>). Experiments have shown that neurons far apart can fire simultaneously when the brain is stimulated and that this phenomenon persists when neurons are in the resting state. One of the brain&#x00027;s basic functions is remembering information, which can be a sensory stimulus or a text (<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>). The principle of memory formation is very complex and is still being explored. A classic view is that the realization of short-term memory in the brain depends on fixed point attractors (<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>). Memory storage is maintained by the continuous activity of neurons, which persists even after the memory stimulus has been removed (<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>). Goldman showed the fundamental mechanisms that generate sustained neuronal activity in feedforward and recurrent networks (<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>). Neurons release neurotransmitters that direct human activity when the brain receives the information. However, due to the noise and the existence of inhibitory neurons, information processing cannot always be synchronized in time, which leads to a certain delay in the recovery time of action potentials (<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>). And Yu et al. found that the delay will affect the transmission performance of sub-threshold signal and induce various chaotic resonances in coupled neural networks (<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>).</p>
<p>The state of neurons can be represented by patterns. The pattern no longer looks so smooth when the brain stores short-term memory. There is synchrony in the activity of neurons. In pattern dynamics, synchronization can be induced by Turing instability. Scholars have built various mathematical models and analyzed neurons using Turing dynamic theory to understand the mechanism of memory formation. Zheng et al. studied the effect of noise on the bistable state of the FHN model and explained the biological mechanism of short-term memory by the pattern dynamics theory (<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>). They also studied the conditions of Turing pattern generation in the Hindmarsh-Rose (HR) model and found that collected current and outgoing current greatly influenced neuronal activity and used this to explain the mechanism of short-term memory generation (<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>). Wang and Shi proposed the time-delay memristive HR neuron model, found multiple modes and coherence resonance, and speculated that it might be related to the memory effect of neurons (<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>). We study the FHN model under a multilayer network to get closer to the actual brain structure. The biological mechanism of short-term memory generation is explained by the pattern characteristics of the model. The article is structured as follows. In the next section, firstly, the stability of the equilibrium point in the FHN model is analyzed. Then the sufficient conditions for the Turing instability of the FHN model on the Cartesian product network are found using the comparison principle. Finally, the properties of periodic solutions in FHN multilayer networks are studied using the center manifold theorem. Explaining the mechanism of short-term memory by numerical simulation in Section 3.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Description of the FHN model</title>
<p>We consider the general FHN model</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Where <italic>u</italic> is membrane potential, which is a fast variable, and <italic>v</italic> is recovery variable, which is a slow variable. <italic>I</italic> is the external input current. <italic>a, b</italic> represent respectively the intensity of action from <italic>v</italic> to <italic>u</italic> and from <italic>u</italic> to <italic>v</italic>. And the parameters <italic>c</italic> &#x02260; 0, <italic>d</italic> are constants. The equilibrium point of the system (Equation 1) satisfies <italic>u</italic><sup>3</sup> &#x0002B; 3(<italic>ab</italic> &#x02212; 1)<italic>u</italic> &#x0002B; 3(<italic>ad</italic> &#x02212; <italic>I</italic>) &#x0003D; 0. Therefore, we have the following conclusion.</p>
<p><bold>Lemma 1</bold> Let <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:mi>&#x003D6;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, in which <italic>&#x003B9;</italic> is the imaginary unit. The influence of parameters on the number of equilibrium of the system (Equation 1) is as follows.</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(i) When <italic>ab</italic> &#x02212; 1 &#x0003D; <italic>ad</italic> &#x02212; <italic>I</italic> &#x0003D; 0, the equation has triple zero roots and the trace of the system (1) at that point is constant 0.</p></list-item>
<list-item><p>(ii) When &#x00394; &#x0003D; &#x003F1;<sup>2</sup> &#x0002B; (<italic>ab</italic> &#x02212; 1)<sup>3</sup> &#x0003E; 0, the equation has only one real root <inline-formula><mml:math id="M5"><mml:mroot><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mroot><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
<list-item><p>(iii) When &#x00394; &#x0003D; 0, <italic>ab</italic> &#x02260; 1 and <italic>ad</italic> &#x02260; <italic>I</italic>, the equation has two real roots <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mroot><mml:mrow><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:mroot><mml:mrow><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot></mml:math></inline-formula>, and the determinant at the second root <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:mroot><mml:mrow><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot></mml:math></inline-formula> of system (1) is always 0.</p></list-item>
<list-item><p>(iv) When &#x00394; &#x0003C; 0, the equation has three unequal real roots <inline-formula><mml:math id="M9"><mml:mroot><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mroot><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:mi>&#x003D6;</mml:mi><mml:mroot><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mroot><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mroot><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003D6;</mml:mi><mml:mroot><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003F1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mroot></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
</list>
<p>Let <italic>U</italic><sup>&#x0002A;</sup> &#x0003D; (<italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>v</italic><sup>&#x0002A;</sup>) be the equilibrium point of the system (1). By coordinate transformation <italic>&#x0016B;</italic> &#x0003D; <italic>u</italic>(<italic>t</italic>)&#x02212;<italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we get the following equivalent system. For convenience, <italic>u</italic>(<italic>t</italic>), <italic>v</italic>(<italic>t</italic>) are still used to denote <italic>&#x0016B;</italic>, <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>,</p>
<disp-formula id="E3"><label>(2)</label><mml:math id="M14"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <italic>a</italic><sub>12</sub> &#x0003D; &#x02212;<italic>ac</italic>, <italic>a</italic><sub>21</sub> &#x0003D; <italic>bc</italic>, <italic>a</italic><sub>22</sub> &#x0003D; &#x02212;<italic>c</italic>, <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. The corresponding determinant <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the trace <inline-formula><mml:math id="M19"><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. By the Routh-Hurwitz criterion, the equilibrium (0, 0) of the system (Equation 2) is stable if and only if (H 1) holds,</p>
<disp-formula id="E5"><label>(H 1)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<sec>
<title>2.1. FHN model on Cartesian product network</title>
<p>Now we discuss the effect of the Cartesian product networks on the stability of the equilibrium point (0, 0). Two networks <italic>R</italic> and <italic>E</italic> with <italic>n</italic><sub><italic>r</italic></sub> and <italic>n</italic><sub><italic>e</italic></sub> nodes are given, respectively. <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M22"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>) is the Laplacian matrix of the network <italic>R</italic> (<italic>E</italic>). <italic>A</italic> is the adjacency matrix of the network. And <italic>k</italic><sub><italic>i</italic></sub> denotes the degree of the <italic>i</italic>th node. &#x003B4;<sub><italic>ij</italic></sub> satisfies, &#x003B4;<sub><italic>ij</italic></sub> &#x0003D; 1 when node <italic>i</italic> has an edge with node <italic>j</italic>; &#x003B4;<sub><italic>ij</italic></sub> &#x0003D; 0 when there is no edge. By using the Kronecker product, we can get the Cartesian product network <italic>R</italic>&#x025A1;<italic>E</italic> (&#x025A1; stands for multilayer network), which has <italic>n</italic><sub><italic>r</italic></sub><italic>n</italic><sub><italic>e</italic></sub> nodes. Then the Laplacian matrix of <italic>R</italic>&#x025A1;<italic>E</italic> is denoted as</p>
<disp-formula id="E6"><mml:math id="M23"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo class="MathClass-ord">&#x025A1;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02297;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D540;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D540;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02297;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>and the eigenvalues of <italic>R</italic>&#x025A1;<italic>E</italic> are of form</p>
<disp-formula id="E7"><mml:math id="M24"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo class="MathClass-ord">&#x025A1;</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>A general FHN model on Cartesian product network can be expressed as</p>
<disp-formula id="E8"><label>(3)</label><mml:math id="M25"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Where <italic>r</italic> &#x02208; {1, &#x000B7;&#x000B7;&#x000B7;, <italic>n</italic><sub><italic>r</italic></sub>}, <italic>e</italic> &#x02208; {1, &#x000B7;&#x000B7;&#x000B7;, <italic>n</italic><sub><italic>e</italic></sub>}. The Laplacian operator L<sub><italic>u</italic></sub> is</p>
<disp-formula id="E10"><mml:math id="M27"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02297;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D540;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D540;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02297;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p><inline-formula><mml:math id="M28"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M29"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>) are the diffusion coefficients of the network <italic>R</italic> (<italic>E</italic>). Notice that <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02297;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D540;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and similarly, we can get <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D540;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02297;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. For L<sub><italic>v</italic></sub><italic>v</italic><sub><italic>re</italic></sub>, we can get similar result. Expanding <italic>u</italic><sub><italic>re</italic></sub> and <italic>v</italic><sub><italic>re</italic></sub> in Fourier space, we can obtain linearized equation for equation (3),</p>
<disp-formula id="E11"><label>(4)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><bold>Lemma 2 Comparison principles</bold> Consider the ODE</p>
<disp-formula id="E13"><label>(A 1)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><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:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>P</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:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>Q</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:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and suppose that there exists some &#x003A6;(<italic>t</italic>) such that</p>
<disp-formula id="E14"><label>(A 2)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><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>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>If (A 2) holds, then the fundamental solution <italic>S</italic>(<italic>t</italic>) of (A 1) satisfies |<italic>S</italic>| &#x02265; &#x003A6;(<italic>t</italic>) for all <italic>t</italic> &#x02208; &#x003A9;. In particular, <italic>S</italic>(<italic>t</italic>) has an exponential growth rate on &#x003A9; if <italic>Q</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003C; 0 for all <italic>t</italic> &#x02208; &#x003A9;.</p>
<p>The proof of the lemma is divided into two cases. Let&#x00027;s discuss it first at the boundary, and then prove it on the inside by using the properties of the Riccati equation. The detailed proof can be seen in Van Gorder (<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>).</p>
<p><bold>Theorem 1</bold> Assume that (H 1) holds.</p>
<disp-formula id="E15"><label>(H 2)</label><mml:math id="M36"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>If (H 2) holds, then (0, 0) for the system (Equation 3) is linearly unstable.</p>
<p><bold>Proof</bold> We consider the Equation (4). Separating <italic>v</italic><sub><italic>re</italic></sub> from the first equation of Equation (4), we can obtain</p>
<disp-formula id="E16"><mml:math id="M37"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Putting it into the second equation of Equation (4), we can obtain a second-order ODE about <italic>u</italic><sub><italic>re</italic></sub>,</p>
<disp-formula id="E17"><mml:math id="M38"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>]</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Similarly, we get a second-order ODE about <italic>v</italic><sub><italic>re</italic></sub>.</p>
<p>According to Lemma 2, a sufficient condition (H 2) for Turing instability caused by the Cartesian product network at (0, 0) is obtained. Of course, networks do not always cause instability.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2. The Hopf bifurcation of FHN network caused by delay</title>
<p>Suppose that (0, 0) in Equation (3) is stable, we next consider the effect of time delay on (0, 0). Adding time delay to the FHN network model (Equation 3), we have</p>
<disp-formula id="E18"><label>(5)</label><mml:math id="M39"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The Jacobian matrix of each node becomes</p>
<disp-formula id="E20"><mml:math id="M41"><mml:mtable columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0225C;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Then the transcendental equation of the system (Equation 5) at (0, 0) is</p>
<disp-formula id="E21"><mml:math id="M42"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E22"><mml:math id="M43"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Suppose <italic>&#x003B9;&#x003C9;</italic> (&#x003C9; &#x0003E; 0) be a root of the transcendental equation. And substituting <italic>&#x003B9;&#x003C9;</italic> into the above equation, we can obtain</p>
<disp-formula id="E23"><mml:math id="M44"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Comparing the coefficients, we have</p>
<disp-formula id="E24"><mml:math id="M45"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>then we obtain</p>
<disp-formula id="E25"><mml:math id="M46"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Let <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, then the equation becomes</p>
<disp-formula id="E26"><label>(6)</label><mml:math id="M48"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><bold>Lemma 3</bold> Assume that (0, 0) in Equation (3) is stable. If 4<italic>q</italic> &#x0003C; 0 &#x02264; <italic>p</italic><sup>2</sup> and <italic>p</italic>&#x0003E;0, then the real parts of all roots of the transcendental equation are less than 0 for &#x003C4; &#x02208; [0, &#x003C4;<sub>0</sub>) and <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</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:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><bold>Proof</bold> The Equation (6) has only one positive root when 4<italic>q</italic> &#x0003C; 0 &#x02264; <italic>p</italic><sup>2</sup> and <italic>p</italic> &#x0003E; 0, denoted by <italic>x</italic><sub>0</sub>. Hence, <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> is a purely imaginary root of the transcendental equation. Let</p>
<disp-formula id="E27"><mml:math id="M51"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">arccos</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Define</p>
<disp-formula id="E28"><label>(7)</label><mml:math id="M52"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="qopname">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Then again, &#x003C4;<sub>0</sub> is the minimum value of <inline-formula><mml:math id="M53"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, so the real parts of all roots of the transcendental equation are less than 0 for &#x003C4; &#x02208; [0, &#x003C4;<sub>0</sub>).</p>
<p>Next we prove the transversal condition. Let</p>
<disp-formula id="E29"><mml:math id="M54"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>be the root of transcendental equation, then &#x003B7;(&#x003C4;<sub>0</sub>) &#x0003D; 0, &#x003C9;(&#x003C4;<sub>0</sub>) &#x0003D; &#x003C9;<sub>0</sub>. By taking the derivative with respect to &#x003C4; in the transcendental equation, we can get</p>
<disp-formula id="E30"><mml:math id="M55"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting &#x003C9;<sub>0</sub>, &#x003C4;<sub>0</sub> into the above equation, we can obtain</p>
<disp-formula id="E31"><mml:math id="M56"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</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:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00398;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E32"><mml:math id="M57"><mml:mo>&#x00398;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</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>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>So</p>
<disp-formula id="E33"><mml:math id="M58"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</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:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>According to the above analysis, the system (Equation 5) will occur Hopf bifurcation at &#x003C4; &#x0003D; &#x003C4;<sub>0</sub> when Lemma 3 holds. Next, we discuss the properties of periodic solutions. The idea is: firstly, the system is written in the form of abstract ODE by using the infinitesimal generators theorem; then, A two-dimensional ODE that is the restriction to its center manifold is obtained by using the spectral decomposition theorem and the central manifold theorem of infinite dimensional systems; finally, the Hassard method is applied to determine the bifurcation attributes&#x00027; parameters. The delay &#x003C4; is taken as the control parameter, and let &#x003C4; &#x0003D; &#x003C4;<sub>0</sub> &#x0002B; &#x000F2;, <italic>t</italic> &#x0003D; &#x003C4;&#x003C2;. For convenience, we&#x00027;ll still use <italic>t</italic> to stand for &#x003C2;. Setting <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:mi>&#x02135;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</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">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> be the solution of system (Equation 5) and define &#x02135;<sub><italic>t</italic></sub>(&#x003B8;) &#x0003D; &#x02135;(<italic>t</italic> &#x0002B; &#x003B8;), &#x003B8; &#x02208; [&#x02212;1, 0].</p>
<p>The system (Equation 5) is transformed into the following functional equation,</p>
<disp-formula id="E34"><label>(8)</label><mml:math id="M60"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02135;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>AE</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02135;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02135;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where linear operator <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>AE</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0225C;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>,</p>
<disp-formula id="E35"><mml:math id="M62"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>AE</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>nonlinear operator <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>,</p>
<disp-formula id="E36"><mml:math id="M64"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">where&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>From Riesz representation theorem, there exists matrix &#x003B7;(&#x003B8;, &#x000F2;) of bounded variation functions satisfying</p>
<disp-formula id="E37"><mml:math id="M65"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>AE</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;where&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Let</p>
<disp-formula id="E38"><mml:math id="M66"><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B4;(&#x000B7;) denotes Dirac function. According to the infinitesimal generators theorem, the abstract differential equation can be obtained from Equation (8)</p>
<disp-formula id="E39"><label>(9)</label><mml:math id="M67"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02135;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02135;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02135;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E40"><mml:math id="M68"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In the following, we will discuss ODE (Equation 9) by using formal adjoint theorem, center manifold theorem and normal form theory.</p>
<p>Let <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> be the conjugate operator of <italic>A</italic><sub>&#x000F2;</sub>. According to the formal adjoint theorem, there is</p>
<disp-formula id="E41"><mml:math id="M70"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Define product</p>
<disp-formula id="E42"><mml:math id="M73"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>which satisfies <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x000F2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and &#x003B7;(&#x003B8;) = &#x003B7;(&#x003B8;, 0). From the previous discussion, we can obtain that &#x000B1;<italic>&#x003B9;&#x003C9;</italic><sub>0</sub>&#x003C4;<sub>0</sub> are the eigenvalues of <italic>A</italic><sub>0</sub>, <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><bold>Lemma 4</bold> Let <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> be the eigenvector of <italic>A</italic><sub>0</sub> corresponding to <italic>&#x003B9;&#x003C9;</italic><sub>0</sub>&#x003C4;<sub>0</sub>, and <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> be the eigenvector of <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> corresponding to &#x02212;<italic>&#x003B9;&#x003C9;</italic><sub>0</sub>&#x003C4;<sub>0</sub>. And let &#x02329;<italic>q</italic><sup>&#x0002A;</sup>(<italic>s</italic>), <italic>q</italic>(&#x003B8;)&#x0232A; &#x0003D; 1, then we can choose</p>
<disp-formula id="E43"><mml:math id="M79"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</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>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><bold>Proof</bold> From the hypothesis, we have</p>
<disp-formula id="E44"><mml:math id="M80"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Then</p>
<disp-formula id="E45"><mml:math id="M81"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</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>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Next, we calculate the expression of &#x003BA;. According to the bilinear inner product formula, we have</p>
<disp-formula id="E46"><mml:math id="M82"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</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:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>To make &#x02329;<italic>q</italic><sup>&#x0002A;</sup>(<italic>s</italic>), <italic>q</italic>(&#x003B8;)&#x0232A; &#x0003D; 1, we take</p>
<disp-formula id="E47"><mml:math id="M83"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>The center manifold &#x003A9;<sub>0</sub> of Equation (8) is locally invariant when &#x000F2; &#x0003D; 0. To achieve spectral decomposition, we build the local coordinates <italic>z</italic> and <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> on the center manifold &#x003A9;<sub>0</sub>. Let <italic>U</italic><sub><italic>t</italic></sub> &#x0003D; <italic>U</italic><sub><italic>t</italic></sub>(&#x003B8;) be the solution of the system (Equation 8) when &#x000F2; &#x0003D; 0, then</p>
<disp-formula id="E48"><mml:math id="M85"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>And let</p>
<disp-formula id="E49"><label>(10)</label><mml:math id="M86"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>z</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:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><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:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><inline-formula><mml:math id="M87"><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on the center manifold &#x003A9;<sub>0</sub>, so <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be expanded as</p>
<disp-formula id="E50"><label>(11)</label><mml:math id="M89"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>W</italic> is real when <italic>U</italic><sub><italic>t</italic></sub> is real. Therefore, in this case, let&#x00027;s just look at the real solution. Obviously, there is</p>
<disp-formula id="E51"><mml:math id="M90"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Because of the existence of the center manifold, it is possible to transform the functional differential equation (Equation 8) into simple complex variable ODE on &#x003A9;. When &#x000F2; &#x0003D; 0, there is</p>
<disp-formula id="E52"><label>(12)</label><mml:math id="M91"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent='true'><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><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:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><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:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0225C;</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></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>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>And since <italic>F</italic><sub>&#x000F2;</sub>(&#x003D5;) is at least quadratic with respect to &#x003D5;, we can write</p>
<disp-formula id="E53"><label>(13)</label><mml:math id="M92"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By combining Equations (10), (11), we can obtain</p>
<disp-formula id="E54"><mml:math id="M93"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>z</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:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><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:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</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:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting the above equation into (13), it can be obtained</p>
<disp-formula id="E55"><mml:math id="M94"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><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:msub><mml:mrow><mml:mi>F</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:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><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:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><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:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><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:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><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:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><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:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><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:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Obviously, there are</p>
<disp-formula id="E56"><label>(14)</label><mml:math id="M95"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Observing the above equation, we can see that if we want to calculate <italic>g</italic><sub>21</sub>, we must first calculate <italic>W</italic><sub>20</sub>(&#x003B8;) and <italic>W</italic><sub>11</sub>(&#x003B8;). Next, we determine the exact expression for <italic>W</italic><sub>20</sub>(&#x003B8;), <italic>W</italic><sub>11</sub>(&#x003B8;).</p>
<p>According to Equations (9), (10), and (12), we have</p>
<disp-formula id="E58"><label>(15)</label><mml:math id="M97"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent='true'><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0225C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E59"><label>(16)</label><mml:math id="M98"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Combining Equations (11), (15), and (16), <inline-formula><mml:math id="M88a"><mml:mover accent='true'><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> can be expressed as</p>
<disp-formula id="E60"><label>(17)</label><mml:math id="M99"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent='true'><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>On the other hand, combining Equations (11), (12), we know that on the center manifold &#x003A9;<sub>0</sub> near the origin, <inline-formula><mml:math id="M88b"><mml:mover accent='true'><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> can also be expressed as</p>
<disp-formula id="E61"><label>(18)</label><mml:math id="M100"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent='true'><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</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:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Comparing the coefficients of <italic>z</italic><sup>2</sup> and <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> in Equations (17), (18), the relationship between <italic>W</italic><sub><italic>ij</italic></sub>(&#x003B8;) and <italic>M</italic><sub><italic>ij</italic></sub>(&#x003B8;) can be obtained</p>
<disp-formula id="E62"><label>(19)</label><mml:math id="M102"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x1D540;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</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:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Next, we will determine <italic>W</italic><sub>11</sub>(&#x003B8;) and <italic>W</italic><sub>20</sub>(&#x003B8;) according to the relationship between <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>When &#x02212;1 &#x02264; &#x003B8; &#x0003C; 0, combining Equations (15), (16), it is clear that</p>
<disp-formula id="E63"><label>(20)</label><mml:math id="M105"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</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>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</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>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Combining Equations (19), (20) and the definition of <italic>A</italic><sub>&#x000F2;</sub>, we get</p>
<disp-formula id="E64"><label>(21)</label><mml:math id="M106"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo class="qopname">d</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">d</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="qopname">d</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">d</mml:mo><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By substituting <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> into the above equation, it can be obtained by the constant variation method</p>
<disp-formula id="E65"><label>(22)</label><mml:math id="M108"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><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:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><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:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Where <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> are two dimensional constant vectors. Next, let&#x00027;s figure out what the values of &#x02113;<sub>1</sub> and &#x02113;<sub>2</sub> are.</p>
<p>According to Equation (19) and the definition of <italic>A</italic><sub>0</sub>, when &#x003B8; &#x0003D; 0, there is</p>
<disp-formula id="E66"><label>(23)</label><mml:math id="M110"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>When &#x003B8; &#x0003D; 0, combining Equations (15), (16), it is clear that</p>
<disp-formula id="E67"><label>(24)</label><mml:math id="M111"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since <italic>q</italic>(0) is the eigenvector of <italic>A</italic><sub>0</sub> corresponding to <italic>&#x003B9;&#x003C9;</italic><sub>0</sub>&#x003C4;<sub>0</sub>, we can obtain</p>
<disp-formula id="E68"><label>(25)</label><mml:math id="M112"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x1D540;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x1D540;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting Equations (22), (24), and (25) into Equation (23), we obtain</p>
<disp-formula id="E70"><label>(26)</label><mml:math id="M114"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x1D540;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>When &#x000F2; &#x0003D; 0, there are</p>
<disp-formula id="E71"><mml:math id="M115"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</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>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</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>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>that is,</p>
<disp-formula id="E72"><mml:math id="M116"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</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>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</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>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting &#x02113;<sub>1</sub>, &#x02113;<sub>2</sub> into Equation (22), we can find <italic>W</italic><sub>20</sub> and <italic>W</italic><sub>11</sub>. To date, <italic>g</italic><sub>20</sub>, <italic>g</italic><sub>21</sub>, <italic>g</italic><sub>11</sub> and <italic>g</italic><sub>02</sub> are now all found, and the normal form Equation (12) that is the restriction to its center manifold is obtained. The key parameters &#x003BC;<sub>2</sub>, <italic>T</italic><sub>2</sub> and Floquet exponent &#x003B2;<sub>2</sub> that determine the properties of periodic solutions can be calculated by Hassard&#x00027;s method,</p>
<disp-formula id="E73"><label>(27)</label><mml:math id="M117"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</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:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</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:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><bold>Theorem 2</bold> Suppose that the conditions of Lemma 3 are satisfied, then</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(i) If &#x003BC;<sub>2</sub> &#x0003E; 0(&#x0003C; 0), the periodic solution is a supercritical (subcritical) Hopf bifurcation.</p></list-item>
<list-item><p>(ii) If <italic>T</italic><sub>2</sub> &#x0003E; 0(&#x0003C; 0), the period of the periodic solution increases (decreases) as &#x003C4; moves away from &#x003C4;<sub>0</sub>.</p></list-item>
<list-item><p>(iii) If &#x003B2;<sub>2</sub> &#x0003E; 0(&#x0003C; 0), the periodic solutions restricted on the center manifold are orbitally asymptotically unstable (stable).</p></list-item>
</list>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Simulation</title>
<p>We perform simple simulations to verify the above theoretical results in this section. The topological properties of neural networks are very important to the dynamic behavior of neuronal clusters. In both <italic>R</italic> and <italic>E</italic>, we pick random networks with connection probability <italic>p</italic> and <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. And setting the parameters as <italic>a</italic> &#x0003D; 1, <italic>b</italic> &#x0003D; 1, <italic>c</italic> &#x0003D; 2, <italic>d</italic> &#x0003D; 1, <italic>I</italic> &#x0003D; 0.7, <italic>n</italic><sub><italic>r</italic></sub> &#x0003D; <italic>n</italic><sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 20. Neurons still return to the resting state after receiving different stimuli (<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>).</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Nullcline, phase portraits with different initial value and time series when <italic>a</italic> &#x0003D; 1, <italic>b</italic> &#x0003D; 1, <italic>c</italic> &#x0003D; 2, <italic>d</italic> &#x0003D; 1, <italic>I</italic> &#x0003D; 0.7.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fpsyt-14-1083015-g0001.tif"/>
</fig>
<p>In this case, condition (H 2) becomes</p>
<disp-formula id="E74"><mml:math id="M119"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></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>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Hence, Turing instability occurs in the general diffusion system when <italic>a</italic><sub>22</sub><italic>D</italic><sub><italic>u</italic></sub> &#x0002B; <italic>a</italic><sub>11</sub><italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003E; 0 and <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. And the critical value is <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 8.3923 when <italic>D</italic><sub><italic>u</italic></sub> &#x0003D; 0.01 (<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>). Different dynamic behaviors [such as Hopf bifurcation (<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>) and chaos (<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>)] and various spatiotemporal patterns [such as irregular waves, target waves, traveling waves, and spiral waves (<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>)] will appear when the system is subjected to different kinds and degrees of external stimulus. In the neural system, these spatiotemporal patterns are closely related to brain learning, memory, and information transmission. When the brain stores memory, the continuous firing rate of individual neurons shows a hierarchical change and the neurons show a strong temporal dynamic pattern and heterogeneity (<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>). Many factors contribute to the formation of short-term memory. Short-term memory does not form when the external stimulus is not sufficiently large (<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>). It is worth noting that neuronal activity is not only affected by external stimuli but also closely related to the interaction between nodes. The pattern remains flat when the external stimulus is large enough and the correlation degree of neurons is small. That is, short-term memory will not form (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4A</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">B</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F5">5A</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F5">B</xref>). When <italic>p</italic> increased to 0.01, neurons in the memory function areas fired, and the brain formed more vague memories (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4C</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">D</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F5">5C</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F5">D</xref>). Zheng et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>) found that neurons exhibit different pattern dynamics with the change of network connection probability <italic>p</italic> in the study of the HR model. This conclusion is also confirmed in the study of multilayer networks. Under the same degree of stimulation, if the number of neurons with the same functional attributes is different, the state of the neural network varies greatly (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4B</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F4">D</xref>).</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>The range of Turing instability in the general diffusion system about <italic>D</italic><sub><italic>u</italic></sub> and <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fpsyt-14-1083015-g0002.tif"/>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>The relationship between <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <italic>y</italic> and the corresponding pattern when <italic>a</italic> &#x0003D; 1, <italic>b</italic> &#x0003D; 1, <italic>c</italic> &#x0003D; 2, <italic>d</italic> &#x0003D; 1, <italic>I</italic> &#x0003D; 0.7, <italic>D</italic><sub><italic>u</italic></sub> &#x0003D; 0.01, <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 8, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.01. The red dots are the eigenvalues of the network Laplacian matrix.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fpsyt-14-1083015-g0003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>The relationship between <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0039B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <italic>y</italic> when <italic>a</italic> &#x0003D; 1, <italic>b</italic> &#x0003D; 1, <italic>c</italic> &#x0003D; 2, <italic>d</italic> &#x0003D; 1, <italic>I</italic> &#x0003D; 0.7, <italic>D</italic><sub><italic>u</italic></sub> &#x0003D; 0.01. <bold>(A)</bold> <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 9, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.001. <bold>(B)</bold> <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 10, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.006. <bold>(C)</bold> <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 10, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.01. <bold>(D)</bold> <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 10, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.1.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fpsyt-14-1083015-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>The corresponding Turing pattern in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. <bold>(A)</bold> <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 9, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.001. <bold>(B)</bold> <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 10, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.006. <bold>(C)</bold> <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 10, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.01. <bold>(D)</bold> <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 10, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.1.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fpsyt-14-1083015-g0005.tif"/>
</fig>
<p>The physiological environment in which neurons work is always full of noise. From the above analysis, we can see that when <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 9, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.001 is taken, the neurons are always in resting state (<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5A</xref>). To investigate the robustness of noise to the current results, we add Gaussian white noise to the multilayer FHN network model. The noise intensity <italic>np</italic> about <italic>u</italic> is used as the control parameter. We find that the system is robust when <italic>np</italic> &#x0003C; <italic>O</italic>(10<sup>&#x02212;5</sup>); when <italic>np</italic> &#x0003E; <italic>O</italic>(10<sup>&#x02212;5</sup>), the neurons are excited and the short-term memory is vague (<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>).</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>Pattern with <italic>a</italic> &#x0003D; 1, <italic>b</italic> &#x0003D; 1, <italic>c</italic> &#x0003D; 2, <italic>d</italic> &#x0003D; 1, <italic>I</italic> &#x0003D; 0.7, <italic>D</italic><sub><italic>u</italic></sub> &#x0003D; 0.01, <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 9, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.001. <bold>(A)</bold> <italic>np</italic> &#x0003D; <italic>O</italic>(10<sup>&#x02212;7</sup>). <bold>(B)</bold> <italic>np</italic> &#x0003D; <italic>O</italic>(10<sup>&#x02212;6</sup>). <bold>(C)</bold> <italic>np</italic> &#x0003D; <italic>O</italic>(10<sup>&#x02212;4</sup>). <bold>(D)</bold> <italic>np</italic> &#x0003D; <italic>O</italic>(10<sup>&#x02212;3</sup>).</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fpsyt-14-1083015-g0006.tif"/>
</fig>
<p>In the neural system, synapses can regulate the release of excitatory neurotransmitters of membrane potential or mediators through delayed feedback, so the response and transmission of signals will be delayed. Time delay affects the generation of bifurcation and phase synchronization between neurons, which affects the brain&#x00027;s memory function (<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>). Next, we explore the effect of time delay on neuronal activity. The transition of neurons from resting state to firing state is always accompanied by bifurcation behavior. Action potential exceeds the threshold when the time delay is greater than &#x003C4;<sub>0</sub> &#x0003D; 0.5227, regardless of the influence of the network (<xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>). <italic>c</italic><sub>1</sub>(0) &#x0003D; 0.021 &#x02212; 0.2729<italic>&#x003B9;</italic>, &#x003BC;<sub>2</sub> &#x0003D; &#x02212;0.021, &#x003B2;<sub>2</sub> &#x0003D; 0.042, <italic>T</italic><sub>2</sub> &#x0003D; 0.162 can be found in Equation (27). Namely, the system generates subcritical Hopf bifurcation (similarly, we can get the supercritical Hopf bifurcation). From <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>, the network will affect the value of &#x003C4;<sub>0</sub>. In the study of the delayed neural network model, Zhao et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>) also found that the regulation of delay time can effectively control the formation of the pattern. Under the fixed network topology, the transmembrane current changes the membrane potential of neurons to different degrees with the increase of time delay. To more intuitively observe the collective behavior of neurons, we sorted 400 neuron nodes. When the delay time reaches 1, multiple neurons fire synchronously and participate in memory simultaneously (<xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9A</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F9">B</xref>). It is found that the larger <italic>p</italic> is, the more obvious the synchronization phenomenon is (<xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9B</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F9">D</xref>). Namely, short-term memory is relatively clear.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p><italic>D</italic><sub><italic>u</italic></sub> &#x0003D; <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 0. <bold>(A)</bold> Bifurcation diagram about &#x003C4;. The bifurcation point is &#x003C4; &#x0003D; 0.5227. <bold>(B)</bold> The time series diagram with &#x003C4; &#x0003D; 0.6.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fpsyt-14-1083015-g0007.tif"/>
</fig>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>The relationship between &#x003C4;<sub>0</sub> and eigenvalues of <italic>R</italic>&#x025A1;<italic>E</italic>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fpsyt-14-1083015-g0008.tif"/>
</fig>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p>Pattern with <italic>D</italic><sub><italic>u</italic></sub> &#x0003D; 0.01, <italic>D</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 8. <bold>(A)</bold> &#x003C4; &#x0003D; 0.3, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.01. <bold>(B)</bold> &#x003C4; &#x0003D; 1, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.01. <bold>(C)</bold> &#x003C4; &#x0003D; 1, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.1. <bold>(D)</bold> &#x003C4; &#x0003D; 1, <italic>p</italic> &#x0003D; 0.3.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fpsyt-14-1083015-g0009.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s4">
<title>4. Conclusion</title>
<p>The brain is the most important organ in the human body, and its structure is very complex, so we have to simplify it when modeling. In this paper, we use the FHN model, which is simple but can describe the neuronal activity to explain the principle of short-term memory generation. The brain is a functional network that requires multiple neurons to work together for short-term memory. The brain regions responsible for specific tasks change their activity when the brain is storing memory (<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>). And pattern formation and selection can effectively detect collective behavior in excitable neural networks (<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>). Firstly, we establish the FHN model on the Cartesian product network and analyze the conditions of Turing instability. In the simulation, we found that short-term memory does not form when the probability of external stimulation and network connection is small. We test the robustness of the current results with Gaussian white noise and find that the system is robust when <italic>np</italic> &#x0003C; <italic>O</italic>(10<sup>&#x02212;5</sup>). Short-term memory is formed when external stimuli, network connection probability, and noise reach a certain range. Because the pattern is not regular at this time, the short-term memory is blurred. Then we study the effect of time delay on short-term memory formation and find that short-term memory is formed when the delay time exceeds &#x003C4;<sub>0</sub>. Of course, neuronal activity is not only related to external stimuli but the topology of the network itself. When <italic>p</italic> and delay time reach a certain degree, the cluster dynamic behavior appear, and the pattern shows periodic phenomenon. At this time, the brain forms a relatively clear short-term memory. These results provide a new way to explain the principle of memory formation.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability" id="s5">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s6">
<title>Author contributions</title>
<p>JS made contributions to the conception or design of mathematical model, supervision, and funding acquistition. JW made contributions to writing, editing&#x02013;original draft, and formal analysis. All authors contributed to the article and approved the submitted version.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="funding-information" id="s7">
<title>Funding</title>
<p>This work was supported by National Natural Science Foundation of China (12272135) and Basic Research Project of Universities in Henan Province (21zx009).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s8">
<title>Publisher&#x00027;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Lu</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Duan</surname> <given-names>L</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Bifurcation and synchronization of synaptically coupled FHN models with time delay</article-title>. <source>Chaos Solitons Fractals</source>. (<year>2009</year>) <volume>39</volume>:<fpage>918</fpage>&#x02013;<lpage>25</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2007.01.061</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tehrani</surname> <given-names>NF</given-names></name> <name><surname>Razvan</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Bifurcation structure of two coupled FHN neurons with delay</article-title>. <source>Math Biosci</source>. (<year>2015</year>) <volume>270</volume>:<fpage>41</fpage>&#x02013;<lpage>56</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mbs.2015.09.008</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhen</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Fold-Hopf bifurcation analysis for a coupled FitzHugh-Nagumo neural system with time delay</article-title>. <source>Int J Bifurcat Chaos</source>. (<year>2010</year>) <volume>20</volume>:<fpage>3919</fpage>&#x02013;<lpage>34</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218127410028112</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lin</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Periodic oscillation analysis for a coupled FHN network model with delays</article-title>. In: <source>Abstract and Applied Analysis. Vol. 2013</source>. <publisher-loc>Hindawi</publisher-loc> (<year>2013</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Han</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Zhen</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Du</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Zheng</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Wiercigroch</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Global Hopf bifurcation analysis of a six-dimensional FitzHugh-Nagumo neural network with delay by a synchronized scheme</article-title>. <source>Discrete Continuous Dyn Syst B</source>. (<year>2011</year>) <volume>16</volume>:<fpage>457</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3934/dcdsb.2011.16.457</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Ding</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Jia</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Effects of bounded noise and time delay on signal transmission in excitable neural networks</article-title>. <source>Chaos Solitons Fractals</source>. (<year>2022</year>) <volume>157</volume>:<fpage>111929</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2022.111929</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gan</surname> <given-names>CB</given-names></name> <name><surname>Matjaz</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Qing-Yun</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>Delay-aided stochastic multiresonances on scale-free FitzHugh-Nagumo neuronal networks</article-title>. <source>Chin Phys B</source>. (<year>2010</year>) <volume>19</volume>:<fpage>040508</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1674-1056/19/4/040508</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zeng</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Gong</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Nie</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Effect of time delay in FitzHugh-Nagumo neural model with correlations between multiplicative and additive noises</article-title>. <source>Physica A</source>. (<year>2010</year>) <volume>389</volume>:<fpage>5117</fpage>&#x02013;<lpage>27</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2010.07.031</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bashkirtseva</surname> <given-names>I</given-names></name> <name><surname>Ryashko</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Analysis of excitability for the FitzHugh-Nagumo model via a stochastic sensitivity function technique</article-title>. <source>Phys Rev E</source>. (<year>2011</year>) <volume>83</volume>:<fpage>061109</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.83.061109</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rajagopal</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Jafari</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Moroz</surname> <given-names>I</given-names></name> <name><surname>Karthikeyan</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Srinivasan</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Noise induced suppression of spiral waves in a hybrid FitzHugh-Nagumo neuron with discontinuous resetting</article-title>. <source>Chaos</source>. (<year>2021</year>) <volume>31</volume>:<fpage>073117</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/5.0059175</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Iqbal</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Rehan</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Hong</surname> <given-names>KS</given-names></name></person-group>. <article-title>Robust adaptive synchronization of ring configured uncertain chaotic FitzHugh-Nagumo neurons under direction-dependent coupling</article-title>. <source>Front Neurorobot</source>. (<year>2018</year>) <volume>12</volume>:<fpage>6</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fnbot.2018.00006</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Feng</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>A route to chaotic behavior of single neuron exposed to external electromagnetic radiation</article-title>. <source>Front Comput Neurosci</source>. (<year>2017</year>) <volume>11</volume>:<fpage>94</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fncom.2017.00094</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liu</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Ge</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Turing instability of periodic solutions for the Gierer-Meinhardt model with cross-diffusion</article-title>. <source>Chaos Solitons Fractals</source>. (<year>2022</year>) <volume>155</volume>:<fpage>111752</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2021.111752</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ghorai</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Poria</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Turing patterns induced by cross-diffusion in a predator-prey system in presence of habitat complexity</article-title>. <source>Chaos Solitons Fractals</source>. (<year>2016</year>) <volume>91</volume>:<fpage>421</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2016.07.003</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lin</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Turing-Hopf bifurcation of reaction-diffusion neural networks with leakage delay</article-title>. <source>Commun Nonlinear Sci Num Simulat</source>. (<year>2020</year>) <volume>85</volume>:<fpage>105241</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cnsns.2020.105241</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mondal</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Upadhyay</surname> <given-names>RK</given-names></name> <name><surname>Mondal</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Sharma</surname> <given-names>SK</given-names></name></person-group>. <article-title>Emergence of Turing patterns and dynamic visualization in excitable neuron model</article-title>. <source>Appl Math Comput</source>. (<year>2022</year>) <volume>423</volume>:<fpage>127010</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2022.127010</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Qu</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Turing instability and patterns of the FitzHugh-Nagumo model in square domain</article-title>. <source>J Appl Anal Comput</source>. (<year>2021</year>) <volume>11</volume>:<fpage>1371</fpage>&#x02013;<lpage>390</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.11948/20200182</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zheng</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Shen</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Turing instability induced by random network in FitzHugh-Nagumo model</article-title>. <source>Appl Math Computat</source>. (<year>2020</year>) <volume>381</volume>:<fpage>125304</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2020.125304</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Carletti</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Nakao</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Turing patterns in a network-reduced FitzHugh-Nagumo model</article-title>. <source>Phys Rev E</source>. (<year>2020</year>) <volume>101</volume>:<fpage>022203</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.101.022203</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lei</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Yang</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Patterns in coupled FitzHugh-Nagumo model on duplex networks</article-title>. <source>Chaos Solitons Fractals</source>. (<year>2021</year>) <volume>144</volume>:<fpage>110692</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2021.110692</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hu</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Zhu</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Turing pattern analysis of a reaction-diffusion rumor propagation system with time delay in both network and non-network environments</article-title>. <source>Chaos Solitons Fractals</source>. (<year>2021</year>) <volume>153</volume>:<fpage>111542</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2021.111542</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yang</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Zheng</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Shen</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Hu</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Voit</surname> <given-names>EO</given-names></name></person-group>. <article-title>Pattern dynamics in a predator-prey model with diffusion network</article-title>. <source>Complex</source>. (<year>2022</year>) <volume>2022</volume>:<fpage>9055480</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2022/9055480</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ren</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Sarkar</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Veltri</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Ay</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Dobra</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Kahveci</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Pattern discovery in multilayer networks</article-title>. <source>IEEE/ACM Trans Comput Biol Bioinform</source>. (<year>2021</year>) <volume>19</volume>:<fpage>741</fpage>&#x02013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCBB.2021.3105001</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Asllani</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Busiello</surname> <given-names>DM</given-names></name> <name><surname>Carletti</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Fanelli</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Planchon</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Turing instabilities on Cartesian product networks</article-title>. <source>Sci Rep</source>. (<year>2015</year>) <volume>5</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep12927</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tian</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Ruan</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Pattern formation and synchronism in an Allelopathic plankton model with delay in a network</article-title>. <source>SIAM J Appl Dyn Syst</source>. (<year>2019</year>) <volume>18</volume>:<fpage>531</fpage>&#x02013;<lpage>57</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/18M1204966</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chen</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Ruan</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Delay induced Hopf bifurcation of small-world networks</article-title>. <source>Chin Ann Math B</source>. (<year>2007</year>) <volume>28</volume>:<fpage>453</fpage>&#x02013;<lpage>62</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11401-005-0300-z</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tang</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>A review for dynamics of collective behaviors of network of neurons</article-title>. <source>Sci China Technol Sci</source>. (<year>2015</year>) <volume>58</volume>:<fpage>2038</fpage>&#x02013;<lpage>45</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11431-015-5961-6</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bullmore</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Sporns</surname> <given-names>O</given-names></name></person-group>. <article-title>Complex brain networks: graph theoretical analysis of structural and functional systems</article-title>. <source>Nat Rev Neurosci</source>. (<year>2009</year>) <volume>10</volume>:<fpage>186</fpage>&#x02013;<lpage>98</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/nrn2575</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>XJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Synaptic reverberation underlying mnemonic persistent activity</article-title>. <source>Trends Neurosci</source>. (<year>2001</year>) <volume>24</volume>:<fpage>455</fpage>&#x02013;<lpage>63</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0166-2236(00)01868-3</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Orhan</surname> <given-names>AE</given-names></name> <name><surname>Ma</surname> <given-names>WJ</given-names></name></person-group>. <article-title>A diverse range of factors affect the nature of neural representations underlying short-term memory</article-title>. <source>Nat Neurosci</source>. (<year>2019</year>) <volume>22</volume>:<fpage>275</fpage>&#x02013;<lpage>83</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41593-018-0314-y</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Murray</surname> <given-names>JD</given-names></name> <name><surname>Bernacchia</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Roy</surname> <given-names>NA</given-names></name> <name><surname>Constantinidis</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Romo</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>XJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Stable population coding for working memory coexists with heterogeneous neural dynamics in prefrontal cortex</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA</source>. (<year>2017</year>) <volume>114</volume>:<fpage>394</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1619449114</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bouchacourt</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Buschman</surname> <given-names>TJ</given-names></name></person-group>. <article-title>A flexible model of working memory</article-title>. <source>Neuron</source>. (<year>2019</year>) <volume>103</volume>:<fpage>147</fpage>&#x02013;<lpage>60</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neuron.2019.04.020</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Goldman</surname> <given-names>MS</given-names></name></person-group>. <article-title>Memory without feedback in a neural network</article-title>. <source>Neuron</source>. (<year>2009</year>) <volume>61</volume>:<fpage>621</fpage>&#x02013;<lpage>34</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.neuron.2008.12.012</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yao</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Ma</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Weak periodic signal detection by sine-Wiener-noise-induced resonance in the FitzHugh-Nagumo neuron</article-title>. <source>Cogn Neurodyn</source>. (<year>2018</year>) <volume>12</volume>:<fpage>343</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11571-018-9475-3</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Zhou</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Ding</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Jia</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Effects of chaotic activity and time delay on signal transmission in FitzHugh-Nagumo neuronal system</article-title>. <source>Cogn Neurodyn</source>. (<year>2022</year>) <volume>16</volume>:<fpage>887</fpage>&#x02013;<lpage>97</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11571-021-09743-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zheng</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Shen</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Spontaneous activity induced by gaussian noise in the network-organized fitzhugh-nagumo model</article-title>. <source>Neural Plasticity</source>. (<year>2020</year>) <volume>2020</volume>:<fpage>6651441</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2020/6651441</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zheng</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Shen</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Guan</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Spatiotemporal patterns in a general networked hindmarsh-rose model</article-title>. <source>Front Physiol</source>. (<year>2022</year>) <volume>13</volume>:<fpage>936982</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphys.2022.936982</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Shi</surname> <given-names>X</given-names></name></person-group>. <article-title>Electric activities of time-delay memristive neuron disturbed by Gaussian white noise</article-title>. <source>Cogn Neurodyn</source>. (<year>2020</year>) <volume>14</volume>:<fpage>115</fpage>&#x02013;<lpage>124</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11571-019-09549-6</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Van</surname> <given-names>Gorder RA</given-names></name></person-group>. <article-title>Turing and Benjamin-Feir instability mechanisms in non-autonomous systems</article-title>. <source>Proc R SocA</source>. (<year>2020</year>) <volume>476</volume>:<fpage>20200003</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.2020.0003</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wouapi</surname> <given-names>MK</given-names></name> <name><surname>Fotsin</surname> <given-names>BH</given-names></name> <name><surname>Ngouonkadi</surname> <given-names>EBM</given-names></name> <name><surname>Kemwoue</surname> <given-names>FF</given-names></name> <name><surname>Njitacke</surname> <given-names>ZT</given-names></name></person-group>. <article-title>Complex bifurcation analysis and synchronization optimal control for Hindmarsh-Rose neuron model under magnetic flow effect</article-title>. <source>Cogn Neurodyn</source>. (<year>2021</year>) <volume>15</volume>:<fpage>315</fpage>&#x02013;<lpage>47</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11571-020-09606-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yang</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>Bifurcation and dynamics in double-delayed Chua circuits with periodic perturbation</article-title>. <source>Chin Phys B</source>. (<year>2022</year>) <volume>31</volume>:<fpage>020201</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1674-1056/ac1e0b</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rajagopal</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Ramadoss</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>He</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Duraisamy</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Karthikeyan</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Obstacle induced spiral waves in a multilayered Huber-Braun (HB) neuron model</article-title>. <source>Cogn Neurodyn</source>. (<year>2022</year>) <volume>2022</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>15</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11571-022-09785-3</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kang</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Fu</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Formation of spiral wave in Hodgkin-Huxley neuron networks with Gamma-distributed synaptic input</article-title>. <source>Commun Nonlinear Sci Num Simulat</source>. (<year>2020</year>) <volume>83</volume>:<fpage>105112</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cnsns.2019.105112</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhao</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>X</given-names></name></person-group>. <article-title>Turing instability and pattern formation of neural networks with reaction-diffusion terms</article-title>. <source>Nonlinear Dyn</source>. (<year>2014</year>) <volume>76</volume>:<fpage>115</fpage>&#x02013;<lpage>124</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11071-013-1114-2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baldassarre</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Lewis</surname> <given-names>CM</given-names></name> <name><surname>Committeri</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Snyder</surname> <given-names>AZ</given-names></name> <name><surname>Romani</surname> <given-names>GL</given-names></name> <name><surname>Corbetta</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Individual variability in functional connectivity predicts performance of a perceptual task</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA</source>. (<year>2012</year>) <volume>109</volume>:<fpage>3516</fpage>&#x02013;<lpage>21</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1113148109</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list> 
</back>
</article>