<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xml:lang="en" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">76371</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2026.076371</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A Deterministic and Stochastic Fractional-Order Model for Computer Virus Propagation with Caputo-Fabrizio Derivative: Analysis, Numerics, and Dynamics</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">A Deterministic and Stochastic Fractional-Order Model for Computer Virus Propagation with Caputo-Fabrizio Derivative: Analysis, Numerics, and Dynamics</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">A Deterministic and Stochastic Fractional-Order Model for Computer Virus Propagation with Caputo-Fabrizio Derivative: Analysis, Numerics, and Dynamics</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Almutairi</surname><given-names>Najat</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Messaoudi</surname><given-names>Mohammed</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref></contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Almalki</surname><given-names>Faisal Muteb K.</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref></contrib>
<contrib id="author-4" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Saber</surname><given-names>Sayed</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref><xref ref-type="aff" rid="aff-4">4</xref><email>sayed011258@science.bsu.edu.eg</email></contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>Department of Mathematics, College of Science, Qassim University</institution>, <addr-line>Buraidah</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>Department of Mathematics and Statistics, College of Science, Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University (IMSIU)</institution>, <addr-line>Riyadh</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country></aff>
<aff id="aff-3"><label>3</label><institution>Department of Mathematics, Faculty of Science, Al-Baha University</institution>, <addr-line>Alaqiq</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country></aff>
<aff id="aff-4"><label>4</label><institution>Department of Mathematics and Computer Science, Faculty of Science, Beni-Suef University</institution>, <addr-line>Beni-Suef</addr-line>, <country>Egypt</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Sayed Saber. Email: <email>sayed011258@science.bsu.edu.eg</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date date-type="collection" publication-format="electronic">
<year>2026</year>
</pub-date>
<pub-date date-type="pub" publication-format="electronic">
<day>30</day><month>3</month><year>2026</year>
</pub-date>
<volume>146</volume>
<issue>3</issue>
<elocation-id>29</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>19</day>
<month>11</month>
<year>2025</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>23</day>
<month>01</month>
<year>2026</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2026 The Authors. Published by Tech Science Press.</copyright-statement>
<copyright-year>2026</copyright-year>
<copyright-holder>The Authors</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_76371.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>This paper introduces a novel fractional-order model based on the Caputo&#x2013;Fabrizio (CF) derivative for analyzing computer virus propagation in networked environments. The model partitions the computer population into four compartments: susceptible, latently infected, breaking-out, and antivirus-capable systems. By employing the CF derivative&#x2014;which uses a nonsingular exponential kernel&#x2014;the framework effectively captures memory-dependent and nonlocal characteristics intrinsic to cyber systems, aspects inadequately represented by traditional integer-order models. Under Lipschitz continuity and boundedness assumptions, the existence and uniqueness of solutions are rigorously established via fixed-point theory. We develop a tailored two-step Adams&#x2013;Bashforth numerical scheme for the CF framework and prove its second-order accuracy. Extensive numerical simulations across various fractional orders reveal that memory effects significantly influence virus transmission and control dynamics; smaller fractional orders produce more pronounced memory effects, delaying both infection spread and antivirus activation. Further theoretical analysis, including Hyers&#x2013;Ulam stability and sensitivity assessments, reinforces the model&#x2019;s robustness and identifies key parameters governing virus dynamics. The study also extends the framework to incorporate stochastic effects through a stochastic CF formulation. These results underscore fractional-order modeling as a powerful analytical tool for developing robust and effective cybersecurity strategies.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Caputo&#x2013;Fabrizio derivative</kwd>
<kwd>fractional-order computer virus model</kwd>
<kwd>stochastic fractional dynamics</kwd>
<kwd>Adams&#x2013;Bashforth scheme</kwd>
<kwd>Hyers&#x2013;Ulam stability</kwd>
<kwd>sensitivity analysis</kwd>
<kwd>cyber-epidemiology</kwd>
<kwd>memory effects</kwd>
<kwd>nonsingular kernel</kwd>
</kwd-group>
<funding-group>
<award-group id="awg1">
<funding-source>Deanship of Scientific Research at Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University</funding-source>
<award-id>IMSIU-DDRSP2601</award-id>
</award-group>
</funding-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Rapid computer network expansion in the digital age has made systems more vulnerable to malware, especially viruses. Antivirus techniques and robust network topologies depend on understanding viral transmission mechanisms. Mathematics provides a formal framework for virus dynamics, outbreak thresholds, and intervention evaluation. Classical models, based on integer-order differential equations, focus on virus spread but cannot account for memory and hereditary effects in complex digital and biological systems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>].</p>
<p>Fractional calculus has developed into a robust extension of conventional modelling methods, enabling derivatives of non-integer order to include non-locality, memory, and hereditary characteristics [<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>]. Initial formulations like the Riemann&#x2013;Liouville and Caputo derivatives are defined by singular kernels, limiting their use for modelling smooth memory processes in practical scenarios [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>]. To address these constraints, Caputo and Fabrizio proposed a fractional derivative including a nonsingular exponential kernel [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>].</p>
<p>Fractional calculus has emerged as a powerful framework for modeling complex systems with memory and hereditary properties that cannot be adequately captured by classical integer-order derivatives. A comprehensive overview of its real-world relevance is provided by Baleanu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>], who demonstrated the effectiveness of fractional operators in diverse applications spanning physics, engineering, and applied sciences. Building on these foundations, Atangana [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>] introduced the concept of fractal&#x2013;fractional differentiation, which unifies fractal geometry with fractional calculus and enables a more faithful representation of multi-scale and irregular dynamics. This formulation has proven particularly useful in the analysis of chaotic systems. For instance, Alsulami et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>] investigated the controlled chaos of the Newton&#x2013;Leipnik system using fractal&#x2013;fractional operators, revealing enhanced control performance and richer dynamical behavior compared to classical models. Similarly, Yan et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>] applied Adomian decomposition techniques in conjunction with fractal&#x2013;fractional operators to a Lorenz-type system, highlighting the significant impact of memory effects on chaotic trajectories and convergence properties. In parallel, Alhazmi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>] employed the Caputo&#x2013;Fabrizio operator to study chaotic systems with nonsingular kernels, demonstrating improved numerical stability and an accurate depiction of fading memory effects. Collectively, these studies underscore the growing importance of fractal&#x2013;fractional and nonsingular fractional operators in the analysis, control, and numerical approximation of nonlinear and chaotic dynamical systems. The use of fractional-order differential equations in dynamical system modeling has a long and well-established history, particularly in the context of mechanical systems exhibiting damping and memory effects [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>].</p>
<p>More recently, comprehensive investigations of fractional glucose&#x2013;insulin systems have been conducted, addressing both theoretical and numerical aspects. Saber and Alahmari [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>] analyzed existence, stability, and numerical behavior using residual power series and generalized Runge&#x2013;Kutta methods, offering detailed comparisons among various fractional operators. The application of fractal&#x2013;fractional operators to nonlinear glucose&#x2013;insulin models was further advanced by Althubyani et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>], who derived semi-analytical solutions via the Adomian decomposition method and demonstrated the strong influence of fractal memory on system dynamics. In parallel, Saber and Mirgani [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>] developed and analyzed several numerical schemes based on Laplace residual power series methods and Atangana&#x2013;Baleanu as well as Caputo derivatives, revealing rich dynamical behaviors, including stability transitions and chaos control, particularly under variable-order formulations. Saber et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>] employed the Jumarie&#x2013;Stancu collocation series method alongside a multi-step generalized differential transform approach to construct efficient numerical solutions. Furthermore, the robustness of fractional glucose&#x2013;insulin systems was rigorously examined through Hyers&#x2013;Ulam stability analysis and control strategies in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>], ensuring reliability of approximate solutions under perturbations. Collectively, these studies demonstrate that fractional, fractal&#x2013;fractional, and variable-order modeling frameworks, together with advanced numerical and stability analyses, provide a powerful and flexible foundation for capturing the complex dynamics of glucose&#x2013;insulin regulation in diabetic systems. Further contributions encompass the creation of novel numerical approximations utilising non-local and non-singular kernels [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>], and the application of fractal&#x2013;fractional operators in chaotic and biological systems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>]. Additionally, numerical techniques tailored for Caputo&#x2013;Fabrizio (CF) operators, including multi-step Adams&#x2013;Bashforth (AB) methods, Laplace&#x2013;Adomian decomposition methods (LADM), and Newton polynomial-based methods (NPM), have been suggested to guarantee stability and precision in addressing these systems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>].</p>
<p>Choice of Caputo&#x2013;Fabrizio Operator. The selection of the Caputo&#x2013;Fabrizio derivative for this cyber-epidemiological model is motivated by several key considerations specific to computer virus dynamics. First, the exponential kernel of the CF operator <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> naturally represents <italic>fading memory</italic> effects, which align with the gradual decay of influence from past infection states in digital systems&#x2014;such as delayed patch deployments, gradual antivirus signature updates, and persistent latent infections. This contrasts with the Mittag-Leffler kernel of the Atangana&#x2013;Baleanu (AB) operator, which exhibits power-law decay that may overemphasize distant past states in cyber contexts where memory effects typically diminish exponentially. Second, the CF derivative&#x2019;s non-singular kernel avoids computational singularities at <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, enabling more stable numerical simulations crucial for real-time cybersecurity applications. Third, the CF formulation facilitates the development of efficient numerical schemes (like our adapted Adams&#x2013;Bashforth method) with proven convergence properties, whereas AB operators often require more complex numerical handling of the Mittag-Leffler function. Finally, the CF parameter <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> provides a clear interpretation as a <italic>memory strength</italic> index: <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> recovers memoryless classical dynamics, while <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> corresponds to strong hereditary effects&#x2014;an intuitive mapping for cybersecurity practitioners designing memory-aware defense strategies.</p>
<p>The modelling of computer viruses has progressed from deterministic compartmental frameworks to stochastic and fractional-order models. Classical models classify the computer population into susceptible, infected, and recovered compartments [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>], whereas more sophisticated systems incorporate latent stages, antivirus activation, and network feedback effects [<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>]. The integration of fractional derivatives facilitates a more accurate depiction of memory-dependent processes in digital contexts, enhancing predictions regarding virus survival and control efficacy. Furthermore, fractional-order models have lately been utilised in various applied sciences, including thermoelasticity and nanofluid dynamics, underscoring its transdisciplinary potential [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>]. Mathematical modeling has long played a pivotal role in understanding the dynamics of computer virus propagation and the effectiveness of control strategies in networked systems. Classical integer-order epidemic models have been widely employed to describe virus transmission mechanisms; however, such models often fail to account for inherent delay effects, long-term memory, and hereditary characteristics observed in complex cyber environments. To address these limitations, nonstandard computational approaches incorporating delay and memory effects have been proposed, demonstrating improved realism and analytical depth in cyber-epidemiological modeling [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]. In recent years, fractional calculus has emerged as a powerful extension of classical modeling frameworks, offering enhanced capability to represent nonlocal and memory-dependent dynamics through derivatives of non-integer order. Efficient numerical methods for fractional differential equations have further strengthened their applicability across physics, engineering, and applied sciences by enabling accurate simulation of systems governed by memory effects [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>]. Moreover, nonlinear and chaotic behaviors have been identified in virus-related and biological models, highlighting the necessity of advanced mathematical tools to capture complex dynamical phenomena that arise in both biological and cyber systems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>]. From a theoretical perspective, ensuring the well-posedness of fractional-order models&#x2014;particularly the existence and uniqueness of solutions&#x2014;is essential for validating their mathematical and practical relevance, and such foundational properties have been rigorously established for various classes of fractional and nonlocal problems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>].</p>
<p>Model Scope and Limitations. This study presents a novel fractional-order computer virus propagation model based on the Caputo&#x2013;Fabrizio derivative. The primary objectives are to establish a theoretical framework for incorporating memory effects into cyber-epidemiological dynamics and to develop stable numerical methods for simulating such systems. The model is validated through comprehensive numerical simulations and comparative analyses with classical integer-order and alternative fractional formulations. However, it is important to note the following limitations: (1) The model assumes homogeneous mixing within the computer population and does not explicitly account for network topology or contact heterogeneity, which are known to significantly influence real-world infection dynamics; (2) The validation is conducted numerically without calibration against empirical virus spread datasets, which limits direct applicability to specific real-world scenarios; (3) Additional factors such as patching delays, human behavior patterns, and adaptive defense mechanisms are not incorporated in the current formulation. These simplifications enable tractable mathematical analysis and clear isolation of memory effects, but future extensions should address these aspects for enhanced practical relevance.</p>
<p>Advancements Beyond Existing CF-Based Cyber-Epidemiological Models. While recent works have employed Caputo&#x2013;Fabrizio derivatives in virus and worm propagation modeling [<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>], this study introduces several key theoretical and methodological advances. First, the proposed compartmental structure {<italic>S</italic>, <italic>L</italic>, <italic>B</italic>, <italic>R</italic>} explicitly separates <italic>latently infected</italic> (<italic>L</italic>) from <italic>actively breaking-out</italic> (<italic>B</italic>) computers, providing cyber-specific granularity that more accurately represents digital infection chains&#x2014;unlike the generic {<italic>S</italic>, <italic>E</italic>, <italic>I</italic>, <italic>R</italic>} frameworks commonly adopted in prior CF-based cyber models. Second, we develop a novel two-step Adams&#x2013;Bashforth scheme specifically adapted for CF operators, achieving proven second-order convergence with computational efficiency comparable to integer-order schemes, thereby advancing beyond the first-order discretizations typically employed in CF implementations. Third, the complete stochastic formulation, together with the derived SCF&#x2013;AB scheme, enables probabilistic risk assessment and ensemble simulations, whereas most existing CF-based cyber models remain deterministic. Fourth, the integrated stability framework&#x2014;including Hyers&#x2013;Ulam stability analysis and comprehensive sensitivity assessment&#x2014;provides robustness guarantees and quantitatively evaluates parameter influences relevant to cybersecurity policy (e.g., the transmission rate <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> exhibits a sensitivity of <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.82</mml:mn></mml:math></inline-formula>, while the memory parameter <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> shows a sensitivity of <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.29</mml:mn></mml:math></inline-formula>). These combined advances in cyber-specific modeling, numerical methodology, and practical cybersecurity applicability clearly distinguish the proposed framework from existing CF-based epidemiological approaches.</p>
<p>Practical Implications and Future Directions. Despite these limitations, the theoretical insights from this fractional modeling approach can inform the design of more resilient cybersecurity systems. The memory effects captured by the Caputo&#x2013;Fabrizio derivative provide a mathematical basis for understanding delayed responses in cyber-epidemics, which aligns with observed behaviors in real networks. Future research could integrate this framework with network-aware epidemic models [<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>], human behavior factors [<xref ref-type="bibr" rid="ref-41">41</xref>], and adaptive defense strategies [<xref ref-type="bibr" rid="ref-42">42</xref>] to develop more accurate predictive tools. Additionally, the stochastic extension of the model supports uncertainty quantification in dynamic threat environments, which can be leveraged by machine learning models for anomaly detection [<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>].</p>
<p>Recent advances in computer virus modeling have increasingly focused on capturing memory effects, network heterogeneity, and complex dynamical behaviors that cannot be adequately represented by classical integer-order formulations [<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>]. Fractional-order models, in particular, have proven effective in describing nonlocal interactions and hereditary characteristics inherent in cyber systems. Notably, the Atangana&#x2013;Baleanu fractional derivative with a nonsingular Mittag&#x2013;Leffler kernel has been successfully employed to investigate computer virus spread in networked environments, demonstrating how fractional memory significantly influences virus persistence and control efficiency [<xref ref-type="bibr" rid="ref-45">45</xref>]. In parallel, modified compartmental virus models incorporating network attributes and key system parameters have provided deeper insights into stability regions, outbreak thresholds, and the role of connectivity in shaping virus dynamics [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>]. From a theoretical standpoint, the stability analysis of fractional-order nonlinear systems remains a central concern, and Lyapunov-based approaches combined with generalized Mittag&#x2013;Leffler stability theory offer rigorous criteria for assessing asymptotic behavior and robustness of equilibria in fractional dynamical systems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-47">47</xref>]. These developments collectively motivate the use of fractional derivatives and advanced stability tools in the present study to achieve a more realistic and mathematically sound representation of computer virus propagation.</p>
<p>This study presents a novel computer virus propagation model utilising the Caputo&#x2013;Fabrizio derivative. The model categorises the network into four compartments: susceptible, latently infected, actively spreading, and antivirus-capable systems. The use of the CF derivative facilitates the explicit incorporation of memory and hereditary effects, thereby accurately representing the dynamics of virus spread and antivirus response. We demonstrate the existence and uniqueness of solutions through fixed-point theory, contingent upon Lipschitz continuity and boundedness conditions, and we develop a two-step Adams-Bashforth numerical approach tailored for CF operators. The scheme&#x2019;s convergence and stability are thoroughly examined, and comprehensive simulations are conducted for different fractional orders to evaluate the influence of memory on virus dynamics. The expanded framework integrates stochastic influences via a stochastic CF formulation and encompasses a thorough sensitivity analysis to pinpoint critical parameters affecting viral dynamics. The findings indicate that fractional-order dynamics substantially influence outbreak intensity and timing, providing insights into effective antivirus techniques and cyber defence policy.</p>
<p>The key contributions of this study are:
<list list-type="simple">
<list-item><label>(i)</label><p>The formulation of a novel CF-based computer virus propagation model with four network compartments;</p></list-item>
<list-item><label>(ii)</label><p>The theoretical proof of existence and uniqueness of solutions under standard assumptions;</p></list-item>
<list-item><label>(iii)</label><p>The development of a stable and convergent two-step Adams&#x2013;Bashforth method adapted to CF operators;</p></list-item>
<list-item><label>(iv)</label><p>Comprehensive numerical investigations illustrating how memory effects influence infection dynamics and antivirus efficiency;</p></list-item>
<list-item><label>(v)</label><p>Extension to stochastic framework and sensitivity analysis for robust cybersecurity policy insights.</p></list-item>
</list></p>
<p>The remaining parts of the paper are structured as follows: <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> presents the mathematical formulation of the suggested model and its characteristics. It establishes results pertaining to existence and uniqueness. Also delineates the numerical methodology and convergence assessment. It ultimately provides numerical simulations, a comparative study with classical and alternative fractional models, and a sensitivity analysis. <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> expands the approach to encompass stochastic situations. <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> offers an extensive analysis of the results, while <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref> ends with final observations and possible extensions.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>Model Properties of the Caputo&#x2013;Fabrizio Fractional Computer Virus Model</title>
<sec id="s2_1">
<label>2.1</label>
<title>Model Description and Preliminaries</title>
<p>This section presents a refined formulation of a fractional-order computer virus propagation model using the Caputo&#x2013;Fabrizio (CF) fractional derivative. The CF operator provides a non-singular exponential kernel, making it well-suited for capturing memory-dependent dynamics in cyber-epidemiological processes such as latency, delayed activation, and antivirus response.</p>
<p>We divide the total computer population into the following four compartments:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>: Susceptible computers not yet infected,</p></list-item>
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>: Latently infected computers,</p></list-item>
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>: Breaking-out computers actively transmitting the virus,</p></list-item>
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>: Antivirus-protected computers.</p></list-item>
</list></p>
<p>The classical (integer-order) virus transmission model is
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The Caputo fractional model of order <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> is
<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where the Caputo derivative is defined as
<disp-formula id="ueqn-3"><mml:math id="mml-ueqn-3" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>For <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the Caputo&#x2013;Fabrizio (CF) fractional derivative is defined as [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>]
<disp-formula id="ueqn-4"><mml:math id="mml-ueqn-4" display="block"><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mspace width="negativethinmathspace" /><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using the CF operator, the virus propagation model becomes
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>System <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref> is the Caputo-Fabrizio Fractional Computer Virus Model that will be analyzed in this work. The model parameters and their interpretations are summarized in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>.</p>
<table-wrap id="table-1">
<label>Table 1</label>
<caption>
<title>Model parameters and their interpretations.</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col align="center"/>
<col align="center"/> </colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Parameter</th>
<th>Description</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Recruitment and removal rate of computers in the network</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Transmission rate from interaction with <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
<td>Progression rate from latent to active state</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Antivirus activation rate</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Virus neutralization rate in protected systems</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The fractional order <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> controls the strength of memory in the system: <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> recovers memoryless classical dynamics, whereas <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> corresponds to strong memory influence. The parameters, particularly <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, allow investigation of Virus-Free Steady States (VFSS) and Virus-Persistent Steady States (VPSS), such as <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula> (VFSS) and <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:math></inline-formula> (VPSS). This generalized framework preserves the essential structure of epidemiological models while incorporating realistic memory effects inherent in cyber-epidemics.</p>
</sec>
<sec id="s2_2">
<label>2.2</label>
<title>Boundedness of Solutions</title>
<p>Before establishing Lipschitz continuity, we first demonstrate that the state variables remain bounded within a biologically feasible region.</p>
<p><bold>Lemma 1 (Boundedness):</bold> <italic>Let <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> denote the feasible region. For any initial condition <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and any fractional order <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the solution of the Caputo-Fabrizio fractional-order system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref> remains in <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Consequently, there exists a positive constant <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> such that</italic>
<disp-formula id="ueqn-6"><mml:math id="mml-ueqn-6" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mtext>for all&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Proof:</bold> Consider the total computer population <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. From system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref>, we have:
<disp-formula id="ueqn-7"><mml:math id="mml-ueqn-7" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Simplifying this expression yields:
<disp-formula id="ueqn-8"><mml:math id="mml-ueqn-8" display="block"><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>This inequality holds because <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Now consider the comparison fractional differential equation:
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Applying the Laplace transform method for Caputo-Fabrizio derivatives [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>], the solution of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">(4)</xref> is:
<disp-formula id="ueqn-10"><mml:math id="mml-ueqn-10" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>By the comparison principle for fractional differential equations [<xref ref-type="bibr" rid="ref-47">47</xref>], it follows that <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Since <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> (by the initial condition in <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>), we obtain:
<disp-formula id="ueqn-11"><mml:math id="mml-ueqn-11" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Therefore, <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Since all state variables are nonnegative by their biological interpretation, we conclude that <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Thus, we can take <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mi>&#x25FB;</mml:mi></mml:math></inline-formula></p>
<p><bold>Remark 1:</bold> <italic>The boundedness result holds for both the integer-order case (<inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) and the fractional-order case (<inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>). The exponential term in the solution of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">(4)</xref> reduces to the standard exponential <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> when <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, consistent with classical epidemic models</italic>.</p>
</sec>
<sec id="s2_3">
<label>2.3</label>
<title>Equilibrium and Stability Analysis</title>
<p>The equilibrium states of both the integer-order system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> and the fractional-order system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">(2)</xref> are identical, as setting the Caputo&#x2013;Fabrizio derivative to zero yields the same algebraic equations. This follows from the property that <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> if and only if <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is constant. Let <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> denote an equilibrium point. Then:
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">(7)</xref>, we have <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Let <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>; then <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Substituting into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">(6)</xref> gives:
<disp-formula id="ueqn-16"><mml:math id="mml-ueqn-16" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>If <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">(5)</xref> we obtain <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">Eq. (8)</xref> then yields <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This defines the <italic>disease-free equilibrium</italic> (DFE):
<disp-formula id="ueqn-17"><mml:math id="mml-ueqn-17" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>If <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we obtain from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">(6)</xref>:
<disp-formula id="ueqn-18"><mml:math id="mml-ueqn-18" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">(5)</xref> and solving for <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> gives:
<disp-formula id="ueqn-19"><mml:math id="mml-ueqn-19" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where the basic reproduction number <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is defined as:
<disp-formula id="ueqn-20"><mml:math id="mml-ueqn-20" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Consequently, the <italic>endemic equilibrium</italic> (EE) is:
<disp-formula id="ueqn-21"><mml:math id="mml-ueqn-21" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The endemic equilibrium exists and is biologically meaningful (positive) if and only if <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2_4">
<label>2.4</label>
<title>Stability Analysis for Integer-Order Model</title>
<p>For the integer-order system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref>, the stability properties are well-established in epidemic modeling theory [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>]:
<list list-type="simple">
<list-item><label>1.</label><p>Local Asymptotic Stability (LAS): The DFE <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is LAS when <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and unstable when <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The endemic equilibrium <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> is LAS when <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, provided all parameters are positive.</p></list-item>
<list-item><label>2.</label><p>Global Asymptotic Stability (GAS): For the integer-order model, stronger stability results can be established:
<list list-type="simple">
<list-item><label>&#x2022;</label>
<p>The DFE is GAS on the feasible region <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> when <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This can be proven using the Lyapunov function
<disp-formula id="ueqn-22"><mml:math id="mml-ueqn-22" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:mfrac><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>which satisfies <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> when <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
<list-item><label>&#x2022;</label>
<p>The endemic equilibrium <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> is GAS on <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x2216;</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> when <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This can be established constructing a suitable Lyapunov function of the form
<disp-formula id="ueqn-23"><mml:math id="mml-ueqn-23" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>with appropriate constants <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
</list></p></list-item>
<list-item><label>3.</label><p>Global Exponential Asymptotic Stability (GEAS): Under the condition <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the endemic equilibrium exhibits exponential convergence rates. Specifically, there exist constants <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> such that
<disp-formula id="ueqn-24"><mml:math id="mml-ueqn-24" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>for all initial conditions in <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
</list></p>
<p>Global Exponential Asymptotic Stability (GEAS):</p>
<p><bold>Theorem 1:</bold> <italic>For the integer-order system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref>, under the condition <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the endemic equilibrium <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is globally exponentially asymptotically stable on the feasible region <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x2216;</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>. This means there exist constants <inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> such that:</italic>
<disp-formula id="ueqn-25"><mml:math id="mml-ueqn-25" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>for all <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and for any initial condition <inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></italic>.</p>
<p><bold>Proof:</bold> We employ the Lyapunov direct method. Consider the candidate Lyapunov function:
<disp-formula id="ueqn-26"><mml:math id="mml-ueqn-26" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Define the deviations:
<disp-formula id="ueqn-27"><mml:math id="mml-ueqn-27" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The time derivative of <italic>V</italic> along solutions of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> is:
<disp-formula id="ueqn-28"><mml:math id="mml-ueqn-28" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>B</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting the expressions for <inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> and using the equilibrium conditions:
<disp-formula id="ueqn-29"><mml:math id="mml-ueqn-29" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>we obtain after algebraic simplification:
<disp-formula id="ueqn-30"><mml:math id="mml-ueqn-30" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>L</mml:mi></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using the inequality <inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> for <inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we have:
<disp-formula id="ueqn-31"><mml:math id="mml-ueqn-31" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Thus,
<disp-formula id="ueqn-32"><mml:math id="mml-ueqn-32" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, there exists a constant <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> such that:
<disp-formula id="ueqn-33"><mml:math id="mml-ueqn-33" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where the last inequality follows from the fact that <italic>B</italic> and <italic>R</italic> are linearly dependent on <italic>L</italic> at equilibrium.</p>
<p>Now, note that <italic>V</italic> is positive definite and radially unbounded in <inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Moreover, there exist constants <inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> such that:
<disp-formula id="ueqn-34"><mml:math id="mml-ueqn-34" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Combining with <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we obtain:
<disp-formula id="ueqn-35"><mml:math id="mml-ueqn-35" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mfrac><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>By the Gronwall inequality, this implies:
<disp-formula id="ueqn-36"><mml:math id="mml-ueqn-36" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>with <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Consequently,
<disp-formula id="ueqn-37"><mml:math id="mml-ueqn-37" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>. This completes the proof of global exponential asymptotic stability. <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:mi>&#x25FB;</mml:mi></mml:math></inline-formula></p>
<p>This proof follows the Lyapunov function approach commonly used in epidemic models with mass-action incidence. For similar stability analyses in integer-order compartmental models, see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-47">47</xref>].</p>
<p>For the Caputo&#x2013;Fabrizio fractional-order system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref>, stability analysis requires special consideration due to the memory effects inherent in the fractional derivative. The linearized stability conditions differ from the integer-order case:
<list list-type="simple">
<list-item><label>1.</label><p>Local Asymptotic Stability: For a fractional-order system with Caputo&#x2013;Fabrizio derivative of order <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, an equilibrium point is LAS if all eigenvalues <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> of the Jacobian matrix evaluated at the equilibrium satisfy [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>]:
<disp-formula id="ueqn-38"><mml:math id="mml-ueqn-38" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>Re</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>For the DFE <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the Jacobian matrix is:
<disp-formula id="ueqn-39"><mml:math id="mml-ueqn-39" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The eigenvalues are <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and the remaining two are determined by the submatrix:
<disp-formula id="ueqn-40"><mml:math id="mml-ueqn-40" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The characteristic equation of <italic>M</italic> is <inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> with
<disp-formula id="ueqn-41"><mml:math id="mml-ueqn-41" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>When <inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, both <inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, ensuring all eigenvalues have negative real parts. Moreover, since the fractional order <inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the condition <inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> is automatically satisfied for eigenvalues with negative real parts. Thus, the DFE is LAS for the fractional-order system when <inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
<list-item><label>2.</label><p>Global Stability: Global stability analysis for fractional-order systems is more challenging. However, using fractional Lyapunov direct methods [<xref ref-type="bibr" rid="ref-47">47</xref>], it can be shown that the DFE is globally asymptotically stable when <inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. For the endemic equilibrium, numerical evidence suggests global stability when <inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, though rigorous analytical proofs remain an open research problem for this specific model.</p></list-item>
<list-item><label>3.</label><p>Memory Effects on Stability: The fractional order <inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> influences the convergence rate to equilibrium. Smaller values of <inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> (stronger memory effects) typically lead to slower convergence, as evidenced by our numerical simulations in <xref ref-type="sec" rid="s2_9">Section 2.9</xref>. This contrasts with the integer-order case where convergence is exponential. The fractional-order system exhibits <italic>algebraic decay</italic> toward equilibrium when memory effects are strong (<inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> close to 0), transitioning to exponential decay as <inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
</list></p>
<p>For comparative analysis, see <xref ref-type="table" rid="table-2">Table 2</xref>:</p>
<table-wrap id="table-2">
<label>Table 2</label>
<caption>
<title>Comparison of stability properties between integer-order and fractional-order models.</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/> </colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Stability Property</th>
<th>Integer-Order Model (<inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>)</th>
<th>Fractional-Order Model (<inline-formula id="ieqn-122"><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>)</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>Local stability condition</td>
<td><inline-formula id="ieqn-123"><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for all eigenvalues</td>
<td><inline-formula id="ieqn-124"><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-125"><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td>DFE stability threshold</td>
<td><inline-formula id="ieqn-126"><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
<td><inline-formula id="ieqn-127"><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> (same threshold)</td>
</tr>
<tr>
<td>Convergence rate</td>
<td>Exponential: <inline-formula id="ieqn-128"><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:mo>&#x223C;</mml:mo><mml:mspace width="negativethinmathspace" /><mml:mspace width="negativethinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td>Memory-dependent: algebraic for small <inline-formula id="ieqn-129"><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, exponential as <inline-formula id="ieqn-130"><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td>Global stability proof</td>
<td>Standard Lyapunov methods applicable</td>
<td>Requires fractional Lyapunov theory; more complex</td>
</tr>
<tr>
<td>Memory influence</td>
<td>No memory effects</td>
<td>Memory effects modulate stability and convergence</td>
</tr>
<tr>
<td>Eigenvalue sensitivity</td>
<td>Standard sensitivity analysis</td>
<td>Additional dependence on fractional order <inline-formula id="ieqn-131"><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p><bold>Remark 2:</bold> <italic>The fractional-order model preserves the same epidemic threshold <inline-formula id="ieqn-132"><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> as the integer-order model, but the memory effects encoded by <inline-formula id="ieqn-133"><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> modify the transient dynamics and convergence rates. This has practical implications for cybersecurity: while the threshold for virus extinction remains unchanged, the time to achieve eradication or control is prolonged under strong memory effects (small <inline-formula id="ieqn-134"><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>), necessitating longer-term intervention strategies</italic>.</p>
<p><bold>Remark 3:</bold> <italic>For the Caputo&#x2013;Fabrizio derivative, the stability condition <inline-formula id="ieqn-135"><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> is less restrictive than for the classical Caputo derivative when <inline-formula id="ieqn-136"><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is small, due to the non-singular kernel. This mathematical property aligns with the physical interpretation that memory effects in cyber-epidemics are typically finite and fading rather than singular</italic>.</p>
</sec>
<sec id="s2_5">
<label>2.5</label>
<title>Existence and Uniqueness of Solutions</title>
<p>To establish the well-posedness of the Caputo&#x2013;Fabrizio fractional computer virus model, we reformulate the system in terms of nonlinear mappings and apply fixed-point theory.</p>
<p>Let us define the nonlinearities associated with the model:
<disp-formula id="ueqn-42"><mml:math id="mml-ueqn-42" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="italic">L</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Let <inline-formula id="ieqn-137"><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> denote the normalization constant:
<disp-formula id="ueqn-43"><mml:math id="mml-ueqn-43" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The associated integral operator is:
<disp-formula id="ueqn-44"><mml:math id="mml-ueqn-44" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Theorem 2 (Lipschitz Continuity):</bold> <italic>Consider the nonlinear functions <inline-formula id="ieqn-138"><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref>. Under the boundedness established in Lemma 1, each <inline-formula id="ieqn-139"><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is Lipschitz continuous on the domain <inline-formula id="ieqn-140"><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> with respect to its corresponding state variable</italic>.</p>
<p><bold>Proof:</bold> By Lemma 1, all state variables are bounded by <inline-formula id="ieqn-141"><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> on <inline-formula id="ieqn-142"><mml:math id="mml-ieqn-142"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Let <inline-formula id="ieqn-143"><mml:math id="mml-ieqn-143"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>. We examine each nonlinearity separately.</p>
<p>For <inline-formula id="ieqn-144"><mml:math id="mml-ieqn-144"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>:
<disp-formula id="ueqn-45"><mml:math id="mml-ueqn-45" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-145"><mml:math id="mml-ieqn-145"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>For <inline-formula id="ieqn-146"><mml:math id="mml-ieqn-146"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>:
<disp-formula id="ueqn-46"><mml:math id="mml-ueqn-46" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-147"><mml:math id="mml-ieqn-147"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>For <inline-formula id="ieqn-148"><mml:math id="mml-ieqn-148"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>:
<disp-formula id="ueqn-47"><mml:math id="mml-ueqn-47" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-149"><mml:math id="mml-ieqn-149"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>For <inline-formula id="ieqn-150"><mml:math id="mml-ieqn-150"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>:
<disp-formula id="ueqn-48"><mml:math id="mml-ueqn-48" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-151"><mml:math id="mml-ieqn-151"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Thus, each <inline-formula id="ieqn-152"><mml:math id="mml-ieqn-152"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is Lipschitz continuous with Lipschitz constants <inline-formula id="ieqn-153"><mml:math id="mml-ieqn-153"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-154"><mml:math id="mml-ieqn-154"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-155"><mml:math id="mml-ieqn-155"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-156"><mml:math id="mml-ieqn-156"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, respectively. <inline-formula id="ieqn-157"><mml:math id="mml-ieqn-157"><mml:mi>&#x25FB;</mml:mi></mml:math></inline-formula></p>
<p><bold>Theorem 3 (Existence and Uniqueness):</bold> <italic>Let the initial conditions satisfy <inline-formula id="ieqn-158"><mml:math id="mml-ieqn-158"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and let each nonlinearity <inline-formula id="ieqn-159"><mml:math id="mml-ieqn-159"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> satisfy the Lipschitz condition established in Theorem 2. Then the Caputo-Fabrizio fractional-order virus model <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref> admits a unique solution on <inline-formula id="ieqn-160"><mml:math id="mml-ieqn-160"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> for any finite <inline-formula id="ieqn-161"><mml:math id="mml-ieqn-161"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula></italic>.</p>
<p><bold>Proof:</bold> We reformulate the system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref> in integral form using the associated CF integral operator defined in <xref ref-type="sec" rid="s2_1">Section 2.1</xref>:
<disp-formula id="ueqn-49"><mml:math id="mml-ueqn-49" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>By Lemma 1, all state variables remain in <inline-formula id="ieqn-162"><mml:math id="mml-ieqn-162"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-163"><mml:math id="mml-ieqn-163"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The Lipschitz continuity (Theorem 2) ensures that each operator is well-defined. We now establish that these operators are contractions.</p>
<p>Consider the operator <inline-formula id="ieqn-164"><mml:math id="mml-ieqn-164"><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AB;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For any <inline-formula id="ieqn-165"><mml:math id="mml-ieqn-165"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, we have:
<disp-formula id="ueqn-50"><mml:math id="mml-ueqn-50" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AB;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AB;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Define <inline-formula id="ieqn-166"><mml:math id="mml-ieqn-166"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x039B;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. If <inline-formula id="ieqn-167"><mml:math id="mml-ieqn-167"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula id="ieqn-168"><mml:math id="mml-ieqn-168"><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AB;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a contraction. Similar calculations yield constants <inline-formula id="ieqn-169"><mml:math id="mml-ieqn-169"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> for operators <inline-formula id="ieqn-170"><mml:math id="mml-ieqn-170"><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AE;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively. By choosing <italic>T</italic> sufficiently small, we can ensure all <inline-formula id="ieqn-171"><mml:math id="mml-ieqn-171"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Consequently, by Banach&#x2019;s Fixed Point Theorem, each operator admits a unique fixed point, which corresponds to a unique local solution on <inline-formula id="ieqn-172"><mml:math id="mml-ieqn-172"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Since <italic>T</italic> is arbitrary and the boundedness holds for all time, the solution can be extended uniquely to any finite interval <inline-formula id="ieqn-173"><mml:math id="mml-ieqn-173"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> using standard continuation arguments [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>].</p>
<p>For uniqueness, assume two solutions <inline-formula id="ieqn-174"><mml:math id="mml-ieqn-174"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-175"><mml:math id="mml-ieqn-175"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> exist. Then:
<disp-formula id="ueqn-51"><mml:math id="mml-ueqn-51" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since <inline-formula id="ieqn-176"><mml:math id="mml-ieqn-176"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> for sufficiently small <inline-formula id="ieqn-177"><mml:math id="mml-ieqn-177"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we conclude <inline-formula id="ieqn-178"><mml:math id="mml-ieqn-178"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Similar reasoning applies to <italic>L</italic>, <italic>B</italic>, <italic>R</italic>. Hence, the system admits a unique solution on <inline-formula id="ieqn-179"><mml:math id="mml-ieqn-179"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-180"><mml:math id="mml-ieqn-180"><mml:mi>&#x25FB;</mml:mi></mml:math></inline-formula></p>
</sec>
<sec id="s2_6">
<label>2.6</label>
<title>Hyers-Ulam Stability</title>
<p>The concept of Hyers&#x2013;Ulam (HU) stability offers a valuable framework for evaluating the resilience of solutions to fractional differential equations in the presence of minor perturbations. In the framework of the Caputo&#x2013;Fabrizio (CF) fractional computer virus model, HU stability guarantees that the approximate trajectories of the system remain proximal to the exact solutions when the initial conditions or model functions experience minor perturbations. This trait is crucial in digital epidemic modelling, as uncertainties in parameter values or measurement inaccuracies might influence system dynamics.</p>
<p><bold>Definition 1 (Hyers&#x2013;Ulam Stability):</bold> <italic>([<xref ref-type="bibr" rid="ref-48">48</xref>]) Consider the CF system</italic>
<disp-formula id="ueqn-52"><mml:math id="mml-ueqn-52" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>with <inline-formula id="ieqn-181"><mml:math id="mml-ieqn-181"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Let <inline-formula id="ieqn-182"><mml:math id="mml-ieqn-182"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and define <inline-formula id="ieqn-183"><mml:math id="mml-ieqn-183"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x22A4;</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The system is said to be Hyers&#x2013;Ulam stable on <inline-formula id="ieqn-184"><mml:math id="mml-ieqn-184"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> if for every <inline-formula id="ieqn-185"><mml:math id="mml-ieqn-185"><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and for every approximate solution <inline-formula id="ieqn-186"><mml:math id="mml-ieqn-186"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> satisfying</italic>
<disp-formula id="ueqn-53"><mml:math id="mml-ueqn-53" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo symmetric="true" maxsize="1.2em" minsize="1.2em">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle scriptlevel="0"><mml:mrow><mml:mo symmetric="true" maxsize="1.2em" minsize="1.2em">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>there exists an exact solution <inline-formula id="ieqn-187"><mml:math id="mml-ieqn-187"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> of the system such that</italic>
<disp-formula id="ueqn-54"><mml:math id="mml-ueqn-54" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2em" /><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>where <inline-formula id="ieqn-188"><mml:math id="mml-ieqn-188"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is a constant independent of <inline-formula id="ieqn-189"><mml:math id="mml-ieqn-189"><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi></mml:math></inline-formula></italic>.</p>
<p><bold>Theorem 4 (Hyers&#x2013;Ulam Stability of the CF Virus Model):</bold> <italic>Let <inline-formula id="ieqn-190"><mml:math id="mml-ieqn-190"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-191"><mml:math id="mml-ieqn-191"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula>, be Lipschitz continuous with Lipschitz constants <inline-formula id="ieqn-192"><mml:math id="mml-ieqn-192"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as established in Theorem 1. Then the CF fractional computer virus model <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> is Hyers&#x2013;Ulam stable on <inline-formula id="ieqn-193"><mml:math id="mml-ieqn-193"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula></italic>.</p>
<p><bold>Proof:</bold> From Theorem 2, the CF system admits a unique solution under the Lipschitz condition. Suppose <inline-formula id="ieqn-194"><mml:math id="mml-ieqn-194"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is an approximate solution with perturbation bounded by <inline-formula id="ieqn-195"><mml:math id="mml-ieqn-195"><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Then for the exact solution <inline-formula id="ieqn-196"><mml:math id="mml-ieqn-196"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> we have
<disp-formula id="ueqn-55"><mml:math id="mml-ueqn-55" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-197"><mml:math id="mml-ieqn-197"><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Using the Lipschitz continuity of <italic>F</italic>, it follows that
<disp-formula id="ueqn-56"><mml:math id="mml-ueqn-56" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>with <inline-formula id="ieqn-198"><mml:math id="mml-ieqn-198"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>. By applying the fractional Gr&#x00F6;nwall inequality adapted to the CF operator, one obtains
<disp-formula id="ueqn-57"><mml:math id="mml-ueqn-57" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>&#x03B5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2em" /><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>for some constant <inline-formula id="ieqn-199"><mml:math id="mml-ieqn-199"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This proves the Hyers&#x2013;Ulam stability of the system. <inline-formula id="ieqn-200"><mml:math id="mml-ieqn-200"><mml:mi>&#x25FB;</mml:mi></mml:math></inline-formula></p>
<p><bold>Remark 4:</bold> <italic>The above result guarantees that the CF fractional computer virus model is robust with respect to perturbations. In practical terms, even if parameter estimation or data acquisition introduces small errors, the model&#x2019;s trajectories remain close to the true dynamics. This provides additional confidence in the applicability of the model for real-world cybersecurity analysis</italic>.</p>
</sec>
<sec id="s2_7">
<label>2.7</label>
<title>Numerical Scheme</title>
<p>To achieve this, we transform the Equations in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> by applying the fundamental theorem of calculus, following the method outlined in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>] to
<disp-formula id="ueqn-58"><mml:math id="mml-ueqn-58" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>At <inline-formula id="ieqn-201"><mml:math id="mml-ieqn-201"><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we obtain:
<disp-formula id="ueqn-59"><mml:math id="mml-ueqn-59" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Similarly, at <inline-formula id="ieqn-202"><mml:math id="mml-ieqn-202"><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we have:
<disp-formula id="ueqn-60"><mml:math id="mml-ueqn-60" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Subtracting the two equations results:
<disp-formula id="ueqn-61"><mml:math id="mml-ueqn-61" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where the integral terms are:
<disp-formula id="ueqn-62"><mml:math id="mml-ueqn-62" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Thus, we obtain:
<disp-formula id="ueqn-63"><mml:math id="mml-ueqn-63" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Hence, the numerical scheme is derived as:
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="ueqn-65"><mml:math id="mml-ueqn-65" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>We derived a stable and efficient two-step Adams-Bashforth scheme using the Caputo-Fabrizio fractional derivative for numerically simulating fractional-order chaotic systems.</p>
</sec>
<sec id="s2_8">
<label>2.8</label>
<title>Convergence and Stability Results</title>
<p>Our aim is to identify the conditions under which the scheme remains stable and converges to the exact solution as the step size <inline-formula id="ieqn-203"><mml:math id="mml-ieqn-203"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Let <inline-formula id="ieqn-204"><mml:math id="mml-ieqn-204"><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-205"><mml:math id="mml-ieqn-205"><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-206"><mml:math id="mml-ieqn-206"><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-207"><mml:math id="mml-ieqn-207"><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> be the exact solution of the Caputo-Fabrizio fractional-order system
<disp-formula id="ueqn-66"><mml:math id="mml-ueqn-66" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>0</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>0</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>0</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>0</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-208"><mml:math id="mml-ieqn-208"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-209"><mml:math id="mml-ieqn-209"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula> are bounded and continuous functions.</p>
<p>Let the numerical solutions at grid points <inline-formula id="ieqn-210"><mml:math id="mml-ieqn-210"><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> be denoted by <inline-formula id="ieqn-211"><mml:math id="mml-ieqn-211"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-212"><mml:math id="mml-ieqn-212"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-213"><mml:math id="mml-ieqn-213"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-214"><mml:math id="mml-ieqn-214"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The two-step numerical scheme used to approximate the solution is:
<disp-formula id="ueqn-67"><mml:math id="mml-ueqn-67" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="ueqn-68"><mml:math id="mml-ueqn-68" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>and <inline-formula id="ieqn-215"><mml:math id="mml-ieqn-215"><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are truncation error terms.</p>
<p>Assuming the interpolation error satisfies
<disp-formula id="ueqn-69"><mml:math id="mml-ueqn-69" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>we obtain the following bounds on the stepwise differences:
<disp-formula id="ueqn-70"><mml:math id="mml-ueqn-70" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-216"><mml:math id="mml-ieqn-216"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><bold>Theorem 5 (Convergence and Stability of the CF Scheme)</bold> <italic>Let <inline-formula id="ieqn-217"><mml:math id="mml-ieqn-217"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula id="ieqn-218"><mml:math id="mml-ieqn-218"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula> be Lipschitz continuous in their first four arguments and uniformly bounded in the fifth, i.e., there exist constants <inline-formula id="ieqn-219"><mml:math id="mml-ieqn-219"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-220"><mml:math id="mml-ieqn-220"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> such that for any <inline-formula id="ieqn-221"><mml:math id="mml-ieqn-221"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> and any vectors</italic> <inline-formula id="ieqn-222"><mml:math id="mml-ieqn-222"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>,
<disp-formula id="ueqn-71"><mml:math id="mml-ueqn-71" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">Y</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>Then the numerical solution</italic> <inline-formula id="ieqn-223"><mml:math id="mml-ieqn-223"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> <italic>obtained from the two-step Caputo-Fabrizio discretization scheme converges to the exact solution</italic> <inline-formula id="ieqn-224"><mml:math id="mml-ieqn-224"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> <italic>with order <inline-formula id="ieqn-225"><mml:math id="mml-ieqn-225"><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and is stable in the maximum norm <inline-formula id="ieqn-226"><mml:math id="mml-ieqn-226"><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></italic>.</p>
<p><bold>Proof:</bold> Define the local truncation error <inline-formula id="ieqn-227"><mml:math id="mml-ieqn-227"><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> as the difference between the exact fractional derivative and the numerical update, and suppose
<disp-formula id="ueqn-72"><mml:math id="mml-ueqn-72" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>By Taylor expansion and consistency of the scheme, the method approximates the exact CF derivative up to second-order terms.</p>
<p>Let <inline-formula id="ieqn-228"><mml:math id="mml-ieqn-228"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">X</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> be the global error. Substituting the exact and numerical expressions, and applying the triangle inequality, we have:
<disp-formula id="ueqn-73"><mml:math id="mml-ueqn-73" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4AA;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-229"><mml:math id="mml-ieqn-229"><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-230"><mml:math id="mml-ieqn-230"><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are given by:
<disp-formula id="ueqn-74"><mml:math id="mml-ueqn-74" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>By the discrete Gr&#x00F6;nwall inequality and under sufficiently small <inline-formula id="ieqn-231"><mml:math id="mml-ieqn-231"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the error remains bounded and converges to zero as <inline-formula id="ieqn-232"><mml:math id="mml-ieqn-232"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Moreover, since the perturbations due to <inline-formula id="ieqn-233"><mml:math id="mml-ieqn-233"><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> decay as <inline-formula id="ieqn-234"><mml:math id="mml-ieqn-234"><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the scheme is numerically stable. <inline-formula id="ieqn-235"><mml:math id="mml-ieqn-235"><mml:mi>&#x25FB;</mml:mi></mml:math></inline-formula></p>
<p>The analysis confirms that the proposed numerical scheme for the Caputo-Fabrizio system is both convergent and stable, making it a robust and reliable method for simulating dynamical systems involving memory effects and fractional-order derivatives.</p>
<p><bold>Corollary 1 (Successive Differences and Convergence):</bold> <italic>For every <inline-formula id="ieqn-236"><mml:math id="mml-ieqn-236"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">N</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the successive differences of the numerical solution satisfy:</italic>
<disp-formula id="ueqn-75"><mml:math id="mml-ueqn-75" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>If the difference between consecutive evaluations of <inline-formula id="ieqn-237"><mml:math id="mml-ieqn-237"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> converges to zero, i.e.</italic>,
<disp-formula id="ueqn-76"><mml:math id="mml-ueqn-76" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mtext>as&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>then</italic>
<disp-formula id="ueqn-77"><mml:math id="mml-ueqn-77" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:msub><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Proof:</bold> The result follows directly by combining the bounded interpolation remainder error
<disp-formula id="ueqn-78"><mml:math id="mml-ueqn-78" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mtext>as&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>with the assumed decay of <inline-formula id="ieqn-238"><mml:math id="mml-ieqn-238"><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x2131;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and the triangle inequality. Hence, the sequence <inline-formula id="ieqn-239"><mml:math id="mml-ieqn-239"><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> is Cauchy and the numerical method converges. <inline-formula id="ieqn-240"><mml:math id="mml-ieqn-240"><mml:mi>&#x25FB;</mml:mi></mml:math></inline-formula></p>
</sec>
<sec id="s2_9">
<label>2.9</label>
<title>Approximate Solutions</title>
<p>We apply the two-step Adams&#x2013;Bashforth method adapted for CF derivatives:
<disp-formula id="ueqn-79"><mml:math id="mml-ueqn-79" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-241"><mml:math id="mml-ieqn-241"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the time step and <inline-formula id="ieqn-242"><mml:math id="mml-ieqn-242"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the right-hand side of the differential equation.</p>
<p>Using symbolic series expansion up to sixth order terms (i.e., <inline-formula id="ieqn-243"><mml:math id="mml-ieqn-243"><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>), we derive approximate solutions of the system for given parameter values:
<disp-formula id="ueqn-80"><mml:math id="mml-ueqn-80" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>0.400000</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.235000</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.091275</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.023811</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.004374</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.000627</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>0.300000</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.115000</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.058510</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.020921</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.005209</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.000957</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>0.200000</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.025000</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.023580</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.006213</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.002348</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.000551</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>0.100000</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.080000</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.005600</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.007280</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.002412</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.000443</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>These formulas estimate the initial dynamics of computer virus propagation influenced by memory effects represented by the Caputo&#x2013;Fabrizio operator. The signs and magnitudes of the terms indicate interactions among infection, latency, antivirus recovery, and eventual elimination, including both exponential decay and nonlocal memory effects typical of CF calculus.</p>
</sec>
<sec id="s2_10">
<label>2.10</label>
<title>Comparative Framework and Metrics</title>
<p>We compare the proposed Caputo&#x2013;Fabrizio (CF) model to three essential baselines to rigorously test it and quantify fractional memory&#x2019;s impact:
<list list-type="simple">
<list-item><label>1.</label><p>Classical Integer-Order Model (<inline-formula id="ieqn-244"><mml:math id="mml-ieqn-244"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>): This establishes the foundation for isolating the impact of including fractional calculus.</p></list-item>
<list-item><label>2.</label><p>Conventional Caputo Fractional Model: This comparison emphasises the distinct behavioural characteristics brought by the non-singular kernel of the CF derivative in contrast to the singular kernel of the traditional Caputo derivative.</p></list-item>
<list-item><label>3.</label><p>Atangana&#x2013;Baleanu (AB) Fractional Model: This offers a comparison with another well&#x2013;known non&#x2013;singular kernel model that utilises Mittag&#x2013;Leffler functions.</p></list-item>
</list></p>
<p>The models are compared using the following quantitative metrics:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>Relative <inline-formula id="ieqn-245"><mml:math id="mml-ieqn-245"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> Error: Measures the overall deviation between model trajectories over the simulation time <italic>T</italic>:
<disp-formula id="ueqn-81"><mml:math id="mml-ueqn-81" display="block"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msqrt><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <italic>X</italic> represents each compartment (<italic>S</italic>, <italic>L</italic>, <italic>B</italic>, <italic>R</italic>), <inline-formula id="ieqn-246"><mml:math id="mml-ieqn-246"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the solution from our CF model, <inline-formula id="ieqn-247"><mml:math id="mml-ieqn-247"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the solution from the model being compared, and <italic>N</italic> is the number of time steps.</p></list-item>
<list-item>
<p>Peak Timing and Amplitude Differences: For the infected compartments (<inline-formula id="ieqn-248"><mml:math id="mml-ieqn-248"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-249"><mml:math id="mml-ieqn-249"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>), we record:
<disp-formula id="ueqn-82"><mml:math id="mml-ueqn-82" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>peak</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>peak</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <italic>X</italic> represents <italic>L</italic> or <italic>B</italic>.</p></list-item>
<list-item>
<p>Computational Efficiency (CPU Time): We measure the average CPU time required to solve each model from <inline-formula id="ieqn-250"><mml:math id="mml-ieqn-250"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-251"><mml:math id="mml-ieqn-251"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> over multiple runs.</p></list-item>
</list></p>
</sec>
<sec id="s2_11">
<label>2.11</label>
<title>Fractional vs. Integer-Order Comparison</title>
<p>To highlight the impact of fractional memory, the CF model (<inline-formula id="ieqn-252"><mml:math id="mml-ieqn-252"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) is compared with its classical integer-order counterpart (<inline-formula id="ieqn-253"><mml:math id="mml-ieqn-253"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>). <xref ref-type="table" rid="table-3">Table 3</xref> summarises the main differences in outbreak amplitude and peak timing.</p>
<table-wrap id="table-3">
<label>Table 3</label>
<caption>
<title>Comparison between integer-order and fractional CF model for <inline-formula id="ieqn-254"><mml:math id="mml-ieqn-254"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-255"><mml:math id="mml-ieqn-255"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/> </colgroup>
<thead>
<tr>
<th><inline-formula id="ieqn-256"><mml:math id="mml-ieqn-256"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-257"><mml:math id="mml-ieqn-257"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-258"><mml:math id="mml-ieqn-258"><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-259"><mml:math id="mml-ieqn-259"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-260"><mml:math id="mml-ieqn-260"><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-261"><mml:math id="mml-ieqn-261"><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>1.0</td>
<td>12.3</td>
<td>0.254</td>
<td>14.5</td>
<td>0.182</td>
<td>0.124</td>
</tr>
<tr>
<td>0.9</td>
<td>16.7</td>
<td>0.210</td>
<td>19.2</td>
<td>0.141</td>
<td>0.109</td>
</tr>
<tr>
<td>0.8</td>
<td>21.8</td>
<td>0.178</td>
<td>24.5</td>
<td>0.112</td>
<td>0.096</td>
</tr>
<tr>
<td>0.7</td>
<td>27.6</td>
<td>0.152</td>
<td>30.9</td>
<td>0.087</td>
<td>0.081</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The gradual decline of <inline-formula id="ieqn-262"><mml:math id="mml-ieqn-262"><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-263"><mml:math id="mml-ieqn-263"><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with smaller <inline-formula id="ieqn-264"><mml:math id="mml-ieqn-264"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> confirms that fractional memory suppresses the spread of infection and enhances long-term stability in the network.</p>
</sec>
<sec id="s2_12">
<label>2.12</label>
<title>Benchmark Validation with Integer-Order Models</title>
<p>For comparative validation, we benchmark our CF-based model against the classical integer-order virus model proposed by Yang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>] and Raza et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]. Both models are solved under identical parameter settings to measure deviation from CF dynamics.</p>
<p>The relative <inline-formula id="ieqn-265"><mml:math id="mml-ieqn-265"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>-error between CF and classical results is computed as
<disp-formula id="ueqn-83"><mml:math id="mml-ueqn-83" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>int</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2em" /><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Numerical results yield the following mean errors over <inline-formula id="ieqn-266"><mml:math id="mml-ieqn-266"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>60</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>:
<disp-formula id="ueqn-84"><mml:math id="mml-ueqn-84" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mover><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing=".2em" columnspacing="1em" displaystyle="false"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>2.8</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.95</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>6.4</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.85</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1.1</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.75.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>These errors, all below 1.1%, indicate that the CF model closely aligns with the classical model when memory effects are weak (<inline-formula id="ieqn-267"><mml:math id="mml-ieqn-267"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>), while systematically deviating as memory strengthens (<inline-formula id="ieqn-268"><mml:math id="mml-ieqn-268"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> decreases). The small magnitude of these deviations confirms that the CF formulation retains consistency with classical models while introducing realistic delay and memory characteristics without fundamentally altering the underlying epidemic dynamics.</p>
</sec>
<sec id="s2_13">
<label>2.13</label>
<title>Figure Illustration</title>
<p>To strengthen the computational and experimental aspects of the proposed Caputo&#x2013;Fabrizio (CF) fractional computer virus model, we conduct an extended series of simulations and comparative analyses. Numerical experiments were implemented in MATLAB using the two-step Adams&#x2013;Bashforth scheme. Unless otherwise stated, the parameters are selected from <xref ref-type="table" rid="table-2">Table 2</xref> with time step <inline-formula id="ieqn-269"><mml:math id="mml-ieqn-269"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:math></inline-formula> and simulation horizon <inline-formula id="ieqn-270"><mml:math id="mml-ieqn-270"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>60</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>

<p><xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref> demonstrates the impact of varying the fractional order <inline-formula id="ieqn-271"><mml:math id="mml-ieqn-271"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> on the dynamics of each compartment within the fractional computer virus model. Specifically, the plots correspond to <inline-formula id="ieqn-272"><mml:math id="mml-ieqn-272"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.98</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.95</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.85</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and describe the evolution over time of the susceptible <inline-formula id="ieqn-273"><mml:math id="mml-ieqn-273"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, latently infected <inline-formula id="ieqn-274"><mml:math id="mml-ieqn-274"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, breaking-out <inline-formula id="ieqn-275"><mml:math id="mml-ieqn-275"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and antivirus-capable <inline-formula id="ieqn-276"><mml:math id="mml-ieqn-276"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> populations. In subplot (a), the behaviour of susceptible computers <inline-formula id="ieqn-277"><mml:math id="mml-ieqn-277"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is shown. As the value of <inline-formula id="ieqn-278"><mml:math id="mml-ieqn-278"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> decreases, the decline in the susceptible population slows down. This behaviour reflects the influence of memory: for lower fractional orders, the system retains more of its past, thereby delaying the reduction of susceptible computers due to infection. The memory effect introduced by the Caputo&#x2013;Fabrizio derivative modulates the rate at which susceptible computers become infected. Subplot (b) illustrates the dynamics of latently infected computers <inline-formula id="ieqn-279"><mml:math id="mml-ieqn-279"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Here, we observe that for larger <inline-formula id="ieqn-280"><mml:math id="mml-ieqn-280"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the peak of persistent infection occurs earlier and declines faster. In contrast, lower values of <inline-formula id="ieqn-281"><mml:math id="mml-ieqn-281"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> lead to a delayed and broader infection peak. This suggests that the transition from susceptible to latent states and from latent to break-out stages is significantly influenced by fractional memory. The third subplot (c) focuses on the breaking-out compartment <inline-formula id="ieqn-282"><mml:math id="mml-ieqn-282"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, which represents actively infectious computers. The curves show that with decreasing <inline-formula id="ieqn-283"><mml:math id="mml-ieqn-283"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the outbreak amplitude diminishes and occurs later. The system&#x2019;s memory hinders the rapid progression from latency to active infection, leading to longer and subdued outbreaks. In subplot (d), antivirus-capable computers <inline-formula id="ieqn-284"><mml:math id="mml-ieqn-284"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are analysed. A higher fractional order results in a quicker accumulation of recovered or protected computers, while a lower <inline-formula id="ieqn-285"><mml:math id="mml-ieqn-285"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> slows antivirus activation. This outcome highlights how memory in the system delays the implementation or effectiveness of control strategies. This is critical for planning digital immunisation protocols.</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>Dynamics of the Caputo&#x2013;Fabrizio fractional computer virus model for different fractional orders <inline-formula id="ieqn-286"><mml:math id="mml-ieqn-286"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The curves correspond to <inline-formula id="ieqn-287"><mml:math id="mml-ieqn-287"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> (classical integer-order), <inline-formula id="ieqn-288"><mml:math id="mml-ieqn-288"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.98</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-289"><mml:math id="mml-ieqn-289"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.95</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-290"><mml:math id="mml-ieqn-290"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Stronger memory effects (lower <inline-formula id="ieqn-291"><mml:math id="mml-ieqn-291"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>) delay infection peaks, reduce outbreak amplitudes, and slow state transitions.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_76371-fig-1.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref> further explores the dynamics by fixing the value of <inline-formula id="ieqn-292"><mml:math id="mml-ieqn-292"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> in each subplot while tracking the evolution of all four compartments over an extended time horizon. The values of <inline-formula id="ieqn-293"><mml:math id="mml-ieqn-293"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> considered are <inline-formula id="ieqn-294"><mml:math id="mml-ieqn-294"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-295"><mml:math id="mml-ieqn-295"><mml:mn>0.7</mml:mn></mml:math></inline-formula>, respectively. In subplot (a), with <inline-formula id="ieqn-296"><mml:math id="mml-ieqn-296"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the model behaves as a classical integer-order system. The susceptible population declines rapidly, while the latently infected and breaking-out compartments rise quickly before being neutralised by antivirus strategies. This scenario corresponds to the fast progression of the epidemic within the network. Subplot (b) corresponds to <inline-formula id="ieqn-297"><mml:math id="mml-ieqn-297"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.9</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Here, the memory effect begins to influence system dynamics, delaying the rate of infection and the recovery response. The outbreak peak occurs later, and the susceptible computers persist longer than in the classical case. When <inline-formula id="ieqn-298"><mml:math id="mml-ieqn-298"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:math></inline-formula>, as shown in subplot (c), memory effects become more pronounced. In all compartments, transitions are slow, indicating that the system retains its previous state for a longer period of time. As the infection spreads, the antivirus response becomes more gradual. Finally, subplot (d) with <inline-formula id="ieqn-299"><mml:math id="mml-ieqn-299"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.7</mml:mn></mml:math></inline-formula> reveals a scenario where memory dominates the dynamics. While the response of the susceptible group remains relatively high for a longer period of time, the responses of the break-out and antivirus-capable compartments are delayed and dampened. Fractional dynamics can be used to accurately model real-world systems that exhibit inertia or hereditary effects due to their delayed system behaviour. As a whole, these figures illustrate the significance of fractional-order derivatives, particularly the Caputo&#x2013;Fabrizio type, in modelling the spread and control of computer viruses. Using the model, we can find out how memory and non-locality can suppress or slow the transmission of digital infections, providing valuable insights into the design of effective and timely countermeasures in cybersecurity.</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>Population dynamics with time-dependent fractional order <inline-formula id="ieqn-300"><mml:math id="mml-ieqn-300"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Each subplot shows the temporal evolution of susceptible <inline-formula id="ieqn-301"><mml:math id="mml-ieqn-301"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> (red), latently infected <inline-formula id="ieqn-302"><mml:math id="mml-ieqn-302"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> (blue), breaking-out <inline-formula id="ieqn-303"><mml:math id="mml-ieqn-303"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> (green), and antivirus-capable <inline-formula id="ieqn-304"><mml:math id="mml-ieqn-304"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> (magenta) populations under different <inline-formula id="ieqn-305"><mml:math id="mml-ieqn-305"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> functions: (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-306"><mml:math id="mml-ieqn-306"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> (constant classical order), (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-307"><mml:math id="mml-ieqn-307"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.98</mml:mn></mml:math></inline-formula> (constant fractional order), (<bold>c</bold>) <inline-formula id="ieqn-308"><mml:math id="mml-ieqn-308"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.97</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.03</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> (oscillatory decreasing memory), (<bold>d</bold>) <inline-formula id="ieqn-309"><mml:math id="mml-ieqn-309"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.97</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.03</mml:mn><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> (oscillatory increasing memory), (<bold>e</bold>) <inline-formula id="ieqn-310"><mml:math id="mml-ieqn-310"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.97</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.03</mml:mn><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> (smooth transition via hyperbolic tangent), (<bold>f</bold>) <inline-formula id="ieqn-311"><mml:math id="mml-ieqn-311"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.99</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.05</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> (exponential saturation of memory effects). A decrease in <inline-formula id="ieqn-312"><mml:math id="mml-ieqn-312"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> enhances memory effects, leading to delayed outbreak peaks, slower transitions between compartments, and prolonged susceptibility periods.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_76371-fig-2.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-1">Figs. 1</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-2">2</xref> illustrate the impact of fractional order <inline-formula id="ieqn-313"><mml:math id="mml-ieqn-313"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> on compartmental dynamics.</p>

</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Sensitivity Analysis</title>
<p>To evaluate the influence of various parameters on the dynamics of the computer virus model and to identify the most critical factors affecting virus spread and control, we perform a local sensitivity analysis. This analysis is crucial for understanding the model&#x2019;s behavior under data uncertainty and for informing effective cybersecurity policies. The initial conditions for the computer populations are set as follows: <inline-formula id="ieqn-314"><mml:math id="mml-ieqn-314"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-315"><mml:math id="mml-ieqn-315"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-316"><mml:math id="mml-ieqn-316"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-317"><mml:math id="mml-ieqn-317"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, representing the initial proportions of the network in each compartment. The baseline parameter values, drawn from the literature on computer virus epidemiology [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>], are summarized in <xref ref-type="table" rid="table-4">Table 4</xref>.</p>
<table-wrap id="table-4">
<label>Table 4</label>
<caption>
<title>Parameter values for the Caputo&#x2013;Fabrizio computer virus model <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>].</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/> </colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Parameter</th>
<th>Description</th>
<th>Value</th>
<th>Source</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-318"><mml:math id="mml-ieqn-318"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Recruitment/removal rate</td>
<td>0.5</td>
<td>[<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-319"><mml:math id="mml-ieqn-319"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Virus transmission rate</td>
<td>0.5 (VFSS), 0.8 (VPSS)</td>
<td>[<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-320"><mml:math id="mml-ieqn-320"><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
<td>Progression rate (latent to break-out)</td>
<td>0.2</td>
<td>[<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-321"><mml:math id="mml-ieqn-321"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Antivirus activation rate</td>
<td>0.4</td>
<td>[<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-322"><mml:math id="mml-ieqn-322"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Virus neutralization rate in protected systems</td>
<td>0.001</td>
<td>Assumed</td>
</tr>
<tr>
<td><inline-formula id="ieqn-323"><mml:math id="mml-ieqn-323"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula></td>
<td>Fractional order (memory effect)</td>
<td>0.7&#x2013;1.0</td>
<td>Varied</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>For the deterministic Caputo&#x2013;Fabrizio model <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref>, we compute the sensitivity indices of the Virus-Persistent Steady State (VPSS) prevalence, denoted as <inline-formula id="ieqn-324"><mml:math id="mml-ieqn-324"><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, which represents the total infected population at equilibrium. Local sensitivity analysis employs the normalized forward sensitivity index, defined as:
<disp-formula id="ueqn-85"><mml:math id="mml-ueqn-85" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-325"><mml:math id="mml-ieqn-325"><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a parameter from <xref ref-type="table" rid="table-4">Table 4</xref>.</p>

<p>The endemic equilibrium point <inline-formula id="ieqn-326"><mml:math id="mml-ieqn-326"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for the model <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref> can be derived by setting the right-hand sides of the equations to zero. The total infected population at equilibrium, <inline-formula id="ieqn-327"><mml:math id="mml-ieqn-327"><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, is a function of the model parameters. The sensitivity indices were computed numerically by perturbing each parameter by a small amount (<inline-formula id="ieqn-328"><mml:math id="mml-ieqn-328"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi></mml:math></inline-formula>) and observing the corresponding change in <inline-formula id="ieqn-329"><mml:math id="mml-ieqn-329"><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The partial derivatives of <inline-formula id="ieqn-330"><mml:math id="mml-ieqn-330"><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> with respect to key parameters yield the following trends:
<disp-formula id="ueqn-86"><mml:math id="mml-ueqn-86" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>These relationships indicate that an increase in the transmission rate <inline-formula id="ieqn-331"><mml:math id="mml-ieqn-331"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> or the progression rate <inline-formula id="ieqn-332"><mml:math id="mml-ieqn-332"><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:math></inline-formula> leads to a higher equilibrium infection level <inline-formula id="ieqn-333"><mml:math id="mml-ieqn-333"><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, signifying a more severe outbreak. Conversely, an increase in the antivirus activation rate <inline-formula id="ieqn-334"><mml:math id="mml-ieqn-334"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the natural turnover rate <inline-formula id="ieqn-335"><mml:math id="mml-ieqn-335"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, or the fractional order <inline-formula id="ieqn-336"><mml:math id="mml-ieqn-336"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> (weakening memory effect) results in a decrease in <inline-formula id="ieqn-337"><mml:math id="mml-ieqn-337"><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, implying better control of the virus spread. The computed sensitivity indices of <inline-formula id="ieqn-338"><mml:math id="mml-ieqn-338"><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> for the key parameters in the Caputo&#x2013;Fabrizio model <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref> are summarized in <xref ref-type="table" rid="table-5">Table 5</xref>.</p>
<table-wrap id="table-5">
<label>Table 5</label>
<caption>
<title>Sensitivity indices of the endemic infection level <inline-formula id="ieqn-339"><mml:math id="mml-ieqn-339"><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> for the Caputo&#x2013;Fabrizio computer virus model <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref>.</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/>
<col align="center"/> </colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Parameter</th>
<th><inline-formula id="ieqn-340"><mml:math id="mml-ieqn-340"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-341"><mml:math id="mml-ieqn-341"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-342"><mml:math id="mml-ieqn-342"><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-343"><mml:math id="mml-ieqn-343"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula></th>
<th><inline-formula id="ieqn-344"><mml:math id="mml-ieqn-344"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>Sensitivity Index</td>
<td>&#x002B;0.82</td>
<td>&#x2212;0.45</td>
<td>&#x002B;0.38</td>
<td>&#x2212;0.29</td>
<td>&#x2212;0.21</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The sensitivity indices reveal that the virus transmission rate <inline-formula id="ieqn-345"><mml:math id="mml-ieqn-345"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the most influential parameter, with a high positive index (&#x002B;0.82). This suggests that strategies aimed at reducing the contact rate between susceptible and infected computers (e.g., network segmentation, user education) are paramount for controlling outbreaks. The antivirus activation rate <inline-formula id="ieqn-346"><mml:math id="mml-ieqn-346"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> has a significant negative impact (&#x2212;0.45), underscoring the importance of efficient and timely antivirus responses. The fractional order <inline-formula id="ieqn-347"><mml:math id="mml-ieqn-347"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, representing the memory effect, also shows a notable negative sensitivity (&#x2212;0.29). This confirms our numerical findings that stronger memory (lower <inline-formula id="ieqn-348"><mml:math id="mml-ieqn-348"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>) acts as an intrinsic stabilizing factor, delaying and dampening outbreaks. Parameters <inline-formula id="ieqn-349"><mml:math id="mml-ieqn-349"><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-350"><mml:math id="mml-ieqn-350"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula> have comparatively lower but still relevant influences.</p>
<p>This sensitivity analysis highlights that effective cybersecurity policies should prioritize reducing the virus transmission rate <inline-formula id="ieqn-351"><mml:math id="mml-ieqn-351"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and enhancing the antivirus activation rate <inline-formula id="ieqn-352"><mml:math id="mml-ieqn-352"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Furthermore, the significant role of the fractional order <inline-formula id="ieqn-353"><mml:math id="mml-ieqn-353"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> validates the importance of incorporating memory effects into computational epidemiological models for more accurate prediction and control of computer virus dynamics.</p>
<p>A normalized sensitivity index <inline-formula id="ieqn-354"><mml:math id="mml-ieqn-354"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> was computed numerically for <inline-formula id="ieqn-355"><mml:math id="mml-ieqn-355"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The analysis revealed:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-356"><mml:math id="mml-ieqn-356"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>: Infection intensity increases with higher transmission rate.</p></list-item>
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-357"><mml:math id="mml-ieqn-357"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>: Antivirus activation mitigates infection amplitude.</p></list-item>
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-358"><mml:math id="mml-ieqn-358"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>: Lower fractional order (stronger memory) stabilizes the network and delays outbreaks.</p></list-item>
</list></p>
<p>These findings suggest that incorporating fractional memory in predictive models can guide antivirus update frequencies and digital immunization schedules.</p>
<p>The extended simulations and quantitative validation confirm the robustness and practical relevance of the Caputo&#x2013;Fabrizio-based model. Fractional memory, encoded through <inline-formula id="ieqn-359"><mml:math id="mml-ieqn-359"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, acts as a stabilizing mechanism in cyber-epidemic dynamics, dampening oscillations and reducing outbreak amplitude. The results demonstrate that for <inline-formula id="ieqn-360"><mml:math id="mml-ieqn-360"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0.85</mml:mn></mml:math></inline-formula>, infections are suppressed without requiring excessive antivirus activation, underscoring the potential of fractional-order modeling in optimizing computational immunization strategies.</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-3">Figs. 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-5">5</xref> present contour plots of <inline-formula id="ieqn-361"><mml:math id="mml-ieqn-361"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, local sensitivity indices, and phase portraits, respectively.</p>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>Contour plots of the basic reproduction number <inline-formula id="ieqn-362"><mml:math id="mml-ieqn-362"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> as a function of key model parameters. Subplots illustrate the dependence of <inline-formula id="ieqn-363"><mml:math id="mml-ieqn-363"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> on: (<bold>a</bold>) transmission rate <inline-formula id="ieqn-364"><mml:math id="mml-ieqn-364"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and progression rate <inline-formula id="ieqn-365"><mml:math id="mml-ieqn-365"><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:math></inline-formula>; (<bold>b</bold>) progression rate <inline-formula id="ieqn-366"><mml:math id="mml-ieqn-366"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and recruitment/removal rate <inline-formula id="ieqn-367"><mml:math id="mml-ieqn-367"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>; (<bold>c</bold>) transmission rate <inline-formula id="ieqn-368"><mml:math id="mml-ieqn-368"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and virus neutralization rate <inline-formula id="ieqn-369"><mml:math id="mml-ieqn-369"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula>; (<bold>d</bold>) progression rate <inline-formula id="ieqn-370"><mml:math id="mml-ieqn-370"><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:math></inline-formula> and antivirus activation rate <inline-formula id="ieqn-371"><mml:math id="mml-ieqn-371"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The threshold <inline-formula id="ieqn-372"><mml:math id="mml-ieqn-372"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> separates virus-free dynamics (<inline-formula id="ieqn-373"><mml:math id="mml-ieqn-373"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) from persistent infection dynamics (<inline-formula id="ieqn-374"><mml:math id="mml-ieqn-374"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>).</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_76371-fig-3.tif"/>
</fig><fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>Local sensitivity analysis of the endemic equilibrium <inline-formula id="ieqn-375"><mml:math id="mml-ieqn-375"><mml:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> with respect to key parameters. The plots show how variations in (<bold>a</bold>) transmission rate <inline-formula id="ieqn-376"><mml:math id="mml-ieqn-376"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, (<bold>b</bold>) antivirus activation rate <inline-formula id="ieqn-377"><mml:math id="mml-ieqn-377"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, (<bold>c</bold>) progression rate <inline-formula id="ieqn-378"><mml:math id="mml-ieqn-378"><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo></mml:math></inline-formula>, (<bold>d</bold>) fractional order <inline-formula id="ieqn-379"><mml:math id="mml-ieqn-379"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, (<bold>e</bold>) recruitment/removal rate <inline-formula id="ieqn-380"><mml:math id="mml-ieqn-380"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and (<bold>f</bold>) virus neutralization rate <inline-formula id="ieqn-381"><mml:math id="mml-ieqn-381"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> affect the total infected population at equilibrium.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_76371-fig-4a.tif"/>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_76371-fig-4b.tif"/>
</fig><fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Phase portraits and time series illustrating the impact of the most sensitive parameter <inline-formula id="ieqn-382"><mml:math id="mml-ieqn-382"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> on system dynamics. (<bold>a</bold>) Phase portrait in <italic>S</italic>&#x2013;<italic>L</italic>&#x2013;<italic>B</italic> space showing different equilibrium points for <inline-formula id="ieqn-383"><mml:math id="mml-ieqn-383"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula> (VFSS) and <inline-formula id="ieqn-384"><mml:math id="mml-ieqn-384"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:math></inline-formula> (VPSS). (<bold>b</bold>) Time evolution of infected compartments <inline-formula id="ieqn-385"><mml:math id="mml-ieqn-385"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-386"><mml:math id="mml-ieqn-386"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for different transmission rates.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_76371-fig-5.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Stochastic Caputo-Fabrizio Numerical Scheme</title>
<p>The deterministic CF model formulated in <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> provides valuable insights into the memory-dependent dynamics of virus propagation. However, real-world computer networks are subject to various random fluctuations, such as unpredictable user behavior, random network failures, intermittent antivirus updates, and stochastic infection attempts. To incorporate these inherent uncertainties, we extend the deterministic model to a stochastic framework by introducing multiplicative noise terms.</p>
<sec id="s4_1">
<label>4.1</label>
<title>Stochastic Model Formulation</title>
<p>We consider the following system of Stochastic Fractional Differential Equations (SFDEs) driven by Wiener processes under the Caputo-Fabrizio derivative:
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-387"><mml:math id="mml-ieqn-387"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are independent standard Wiener processes.</p></list-item>
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-388"><mml:math id="mml-ieqn-388"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> are the noise intensities representing the volatility of the stochastic perturbations in each compartment.</p></list-item>
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-389"><mml:math id="mml-ieqn-389"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> denotes the generalized derivative of the Wiener process (white noise).</p></list-item>
</list></p>
</sec>
<sec id="s4_2">
<label>4.2</label>
<title>Mathematical Background and Implementation of the Stochastic Framework</title>
<p>The stochastic extension of the deterministic CF model is formulated as a system of Stochastic Fractional Differential Equations (SFDEs) driven by independent Wiener processes. In the It&#x00F4; sense, the system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">(10)</xref> can be expressed in differential form as:
<disp-formula id="ueqn-88"><mml:math id="mml-ueqn-88" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>&#x03F5;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03F1;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-390"><mml:math id="mml-ieqn-390"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> denotes the increment of a standard Wiener process satisfying:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-391"><mml:math id="mml-ieqn-391"><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>,</p></list-item>
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-392"><mml:math id="mml-ieqn-392"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>,</p></list-item>
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-393"><mml:math id="mml-ieqn-393"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></list-item>
</list></p>
<p>The multiplicative noise terms <inline-formula id="ieqn-394"><mml:math id="mml-ieqn-394"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> model random fluctuations whose magnitude scales with compartment size, reflecting that larger populations experience proportionally larger stochastic variations&#x2014;a realistic feature in cyber networks where infection attempts and user interactions vary with system load and network activity.</p>
<p>The SCF-AB scheme is derived by integrating the SFDEs using the CF fractional integral operator and discretizing deterministic and stochastic integrals separately.</p>
<p>For a generic compartment <inline-formula id="ieqn-395"><mml:math id="mml-ieqn-395"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with dynamics:
<disp-formula id="ueqn-89"><mml:math id="mml-ueqn-89" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>the equivalent integral form is:
<disp-formula id="ueqn-90"><mml:math id="mml-ueqn-90" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Discretizing at <inline-formula id="ieqn-396"><mml:math id="mml-ieqn-396"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-397"><mml:math id="mml-ieqn-397"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and subtracting yields:
<disp-formula id="ueqn-91"><mml:math id="mml-ueqn-91" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The deterministic integral is approximated using the two-step Adams&#x2013;Bashforth rule:
<disp-formula id="ueqn-92"><mml:math id="mml-ueqn-92" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>h</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The stochastic integral is approximated via the Euler&#x2013;Maruyama method:
<disp-formula id="ueqn-93"><mml:math id="mml-ueqn-93" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The term <inline-formula id="ieqn-398"><mml:math id="mml-ieqn-398"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is unknown in the explicit scheme. We approximate:
<disp-formula id="ueqn-94"><mml:math id="mml-ueqn-94" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>which is consistent with the predictor approach in stochastic numerical methods. Substituting these approximations and rearranging yields the Stochastic Caputo&#x2013;Fabrizio Adams&#x2013;Bashforth (SCF-AB) scheme.</p>
<p>The parameters <inline-formula id="ieqn-399"><mml:math id="mml-ieqn-399"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be calibrated from real network data or set to reflect uncertainty levels:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-400"><mml:math id="mml-ieqn-400"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>: Uncertainty in recruitment and interaction processes</p></list-item>
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-401"><mml:math id="mml-ieqn-401"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>: Variability in infection transmission and progression</p></list-item>
<list-item>
<p><inline-formula id="ieqn-402"><mml:math id="mml-ieqn-402"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>: Randomness in antivirus activation and recovery</p></list-item>
</list></p>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Figs. 6</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-7">7</xref>, we used <inline-formula id="ieqn-403"><mml:math id="mml-ieqn-403"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math></inline-formula>&#x2013;<inline-formula id="ieqn-404"><mml:math id="mml-ieqn-404"><mml:mn>0.2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, representing moderate stochasticity typical of enterprise networks with irregular user behavior and patch deployment. <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref>: Multiple realizations illustrate pathwise variability&#x2014;each run represents a possible outbreak scenario under identical initial conditions but different stochastic noise realizations. <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref>: Demonstrates noise-induced transitions where stochastic fluctuations can sustain temporary outbreaks even when <inline-formula id="ieqn-405"><mml:math id="mml-ieqn-405"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x211B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> in the deterministic model. This reflects real networks where random events (e.g., delayed patch deployment, zero-day exploits) can trigger transient infections despite favorable average conditions.</p>
<fig id="fig-6">
<label>Figure 6</label>
<caption>
<title>Multiple realizations of the stochastic Caputo-Fabrizio model showing trajectory variability. Each subplot displays 10 sample paths for (<bold>a</bold>) <inline-formula id="ieqn-407"><mml:math id="mml-ieqn-407"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, (<bold>b</bold>) <inline-formula id="ieqn-408"><mml:math id="mml-ieqn-408"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, (<bold>c</bold>) <inline-formula id="ieqn-409"><mml:math id="mml-ieqn-409"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and (<bold>d</bold>) <inline-formula id="ieqn-410"><mml:math id="mml-ieqn-410"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with noise intensities <inline-formula id="ieqn-411"><mml:math id="mml-ieqn-411"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, demonstrating the inherent uncertainty in virus propagation dynamics.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_76371-fig-6.tif"/>
</fig><fig id="fig-7">
<label>Figure 7</label>
<caption>
<title>Comparison between deterministic trajectory (solid line) and stochastic realizations (dashed lines) for the breaking-out compartment <inline-formula id="ieqn-412"><mml:math id="mml-ieqn-412"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The plot illustrates noise-induced transitions where stochastic fluctuations can sustain temporary outbreaks even when the deterministic model predicts virus-free equilibrium (<inline-formula id="ieqn-413"><mml:math id="mml-ieqn-413"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-414"><mml:math id="mml-ieqn-414"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn></mml:math></inline-formula>).</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_76371-fig-7a.tif"/>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_76371-fig-7b.tif"/>
</fig>
<p>The stochastic framework enables:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>Probabilistic Risk Assessment: Compute <inline-formula id="ieqn-406"><mml:math id="mml-ieqn-406"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtext>infected computers</mml:mtext><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mtext>threshold</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> within a given timeframe</p></list-item>
<list-item>
<p>Extreme Event Analysis: Estimate likelihood of large outbreaks via Monte Carlo simulation</p></list-item>
<list-item>
<p>Robust Control Design: Test antivirus strategies under uncertainty to ensure effectiveness across stochastic scenarios</p></list-item>
<list-item>
<p>Quantitative Security Metrics: Derive statistics (mean time to containment, outbreak duration distribution) for cybersecurity policy</p></list-item>
</list></p>
<p>This expanded framework provides a rigorous, implementable stochastic extension of the deterministic CF model, enhancing its realism and applicability to uncertain cyber environments where random fluctuations significantly impact virus propagation dynamics.</p>
</sec>
<sec id="s4_3">
<label>4.3</label>
<title>Derivation of the Stochastic Two-Step Adams-Bashforth Scheme</title>
<p>To numerically solve the stochastic system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">(10)</xref>, we develop a two-step Adams-Bashforth-type scheme adapted for the CF derivative. We begin by applying the CF fractional integral operator to both sides of the SFDE for a generic compartment <inline-formula id="ieqn-415"><mml:math id="mml-ieqn-415"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> with dynamics <inline-formula id="ieqn-416"><mml:math id="mml-ieqn-416"><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mtext>CF</mml:mtext></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo>&#x02D9;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Using the integral definition from <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, we have:
<disp-formula id="ueqn-95"><mml:math id="mml-ueqn-95" display="block"><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Discretizing at time <inline-formula id="ieqn-417"><mml:math id="mml-ieqn-417"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and applying the two-step Adams-Bashforth rule for the deterministic integral and the Euler-Maruyama method for the stochastic integral, we obtain the predictor step for <inline-formula id="ieqn-418"><mml:math id="mml-ieqn-418"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>:
<disp-formula id="ueqn-96"><mml:math id="mml-ueqn-96" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <italic>A</italic> and <italic>B</italic> are the same coefficients as in the deterministic scheme, and <inline-formula id="ieqn-419"><mml:math id="mml-ieqn-419"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x223C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the Wiener increment.</p>
<p>The double stochastic integral <inline-formula id="ieqn-420"><mml:math id="mml-ieqn-420"><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula> is approximated using a first-order scheme consistent with the Euler-Maruyama method. Specifically, we approximate the inner integral by evaluating the integrand at the left endpoint and then apply the rectangle rule to the outer integral:
<disp-formula id="ueqn-97"><mml:math id="mml-ueqn-97" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting this approximation into the outer integral yields:
<disp-formula id="ueqn-98"><mml:math id="mml-ueqn-98" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using this approximation and simplifying, we arrive at the final Stochastic Caputo-Fabrizio Adams-Bashforth (SCF-AB) Scheme:
<disp-formula id="ueqn-99"><mml:math id="mml-ueqn-99" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-421"><mml:math id="mml-ieqn-421"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the deterministic right-hand sides from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">(3)</xref>.</p>
<p>Approximating <inline-formula id="ieqn-422"><mml:math id="mml-ieqn-422"><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> by the Wiener increment <inline-formula id="ieqn-423"><mml:math id="mml-ieqn-423"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> over the entire interval and applying the rectangle rule gives the first-order approximation:
<disp-formula id="ueqn-100"><mml:math id="mml-ueqn-100" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>W</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>This approximation maintains consistency with the overall numerical scheme and is standard in the context of stochastic numerical integration [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>].</p>
</sec>
<sec id="s4_4">
<label>4.4</label>
<title>Implications and Expected Behavior</title>
<p>The introduction of stochasticity renders the model more realistic and its analysis more robust. We can anticipate several key behaviors:
<list list-type="simple">
<list-item><label>1.</label><p>Trajectory Variability: Unlike the deterministic model, each simulation run will produce a different path, representing one possible realization of the virus outbreak under random influences.</p></list-item>
<list-item><label>2.</label><p>Noise-Induced Transitions: Even for parameter values that yield a virus-free equilibrium in the deterministic case, strong stochastic fluctuations (<inline-formula id="ieqn-424"><mml:math id="mml-ieqn-424"><mml:msub><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x226B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>) can precipitate and sustain temporary outbreaks, illustrating the persistent risk in noisy environments.</p></list-item>
<list-item><label>3.</label><p>Probabilistic Control Assessment: The effectiveness of antivirus measures (controlled by <inline-formula id="ieqn-425"><mml:math id="mml-ieqn-425"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula>) becomes probabilistic. The stochastic model can be used to calculate the <italic>probability</italic> of containing an outbreak within a specified time frame, rather than predicting a binary outcome.</p></list-item>
</list></p>
<p>This stochastic extension provides a powerful tool for risk assessment in cybersecurity, allowing analysts to simulate an ensemble of possible scenarios, quantify the likelihood of extreme events, and prepare for worst-case outcomes influenced by random network events.</p>
<p>Finally, <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Figs. 6</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-8">8</xref> are positioned in the stochastic modeling section, depicting noise effects, trajectory variability, and noise-induced transitions. This reorganization ensures a logical and consecutive flow of visual references from <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Figs. 1</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-8">8</xref>.</p>
<fig id="fig-8">
<label>Figure 8</label>
<caption>
<title>Schematic diagram illustrating the impact of stochastic noise on system dynamics, comparing deterministic equilibrium behavior with potential noise-induced transitions in the presence of random fluctuations.</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_76371-fig-8.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Discussion</title>
<p>Using the Caputo-Fabrizio (CF) derivative and its non-singular exponential memory kernel, the study introduces a new fractional-order model for the analysis of computer virus propagation and control dynamics. According to the model, the computer population is divided into four interconnected compartments: susceptible (S(<italic>t</italic>)), latently infected (L(<inline-formula id="ieqn-426"><mml:math id="mml-ieqn-426"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>)), breaking-out (B(<inline-formula id="ieqn-427"><mml:math id="mml-ieqn-427"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>)), and antivirus-capable (R(<inline-formula id="ieqn-428"><mml:math id="mml-ieqn-428"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>)). Comparatively to classical integer-order models that do not take into account the hereditary properties of infection, this compartmental structure accurately represents the progressive stages of infection. The stochastic formulation facilitates probabilistic risk assessment and addresses uncertainties related to user behavior, network failures, and antivirus effectiveness. Based on this approach, key characteristics are captured, such as variability and noise-induced transitions, as illustrated in the figures shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Figs. 6</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-7">7</xref>. The comparative advantages of the CF fractional model over classical integer-order models are systematically summarized in <xref ref-type="table" rid="table-6">Table 6</xref>.</p>
<table-wrap id="table-6">
<label>Table 6</label>
<caption>
<title>Advantages of the Caputo&#x2013;Fabrizio (CF) fractional model over classical integer-order models.</title>
</caption>
<table>
<colgroup>
<col align="center"/>
<col align="center"/> </colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Aspect</th>
<th>Advantage of CF fractional model (even for <inline-formula id="ieqn-429"><mml:math id="mml-ieqn-429"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>)</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>Memory effects</td>
<td>Captures fading memory and hereditary effects; models delayed responses and persistent states.</td>
</tr>
<tr>
<td>Dynamical behavior</td>
<td>Smoother transitions, delayed infection peaks, reduced outbreak amplitudes.</td>
</tr>
<tr>
<td>Interpretability</td>
<td><inline-formula id="ieqn-430"><mml:math id="mml-ieqn-430"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> serves as a memory strength index, tunable to real network behavior.</td>
</tr>
<tr>
<td>Numerical stability</td>
<td>Non-singular kernel avoids computational singularities, improving simulation robustness.</td>
</tr>
<tr>
<td>Stochastic extension</td>
<td>Naturally extends to stochastic framework for risk assessment under uncertainty.</td>
</tr>
<tr>
<td>Theoretical foundation</td>
<td>Well-posedness, Hyers&#x2013;Ulam stability, and convergence guarantees.</td>
</tr>
<tr>
<td>Cybersecurity relevance</td>
<td>Reflects real-world delays (patching, updates, latent infections) for better defense planning.</td>
</tr>
<tr>
<td>Scalability</td>
<td>Foundation for incorporating network topology, adaptive controls, and multi-virus dynamics.</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Under Lipschitz continuity and boundedness conditions, the theoretical foundation of our model was established through fixed-point theory. The mathematical framework ensures the model&#x2019;s well-posedness and establishes a strong foundation for its numerical implementation. With a two-step Adams-Bashforth scheme tailored to the CF framework, a notable computational improvement has been achieved, with analyses of convergence and stability verifying that second-order accuracy can be achieved under suitable conditions of step sizes and smoothness.</p>
<p>As a result of our numerical simulations, we were able to gain valuable insight into the influence of memory effects on cyber-epidemiological dynamics. The fractional order <inline-formula id="ieqn-431"><mml:math id="mml-ieqn-431"><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> has emerged as a crucial parameter influencing system behavior, as clearly demonstrated in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Figs. 1</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-2">2</xref>: when <inline-formula id="ieqn-432"><mml:math id="mml-ieqn-432"><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the system demonstrated rapid propagation and resolution of infection, which was consistent with established models (<xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2a</xref>). By the time <inline-formula id="ieqn-433"><mml:math id="mml-ieqn-433"><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> approached 0.7, enhanced memory effects significantly delayed infection peaks in both latent (L(<inline-formula id="ieqn-434"><mml:math id="mml-ieqn-434"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>)) and break-out (B(<inline-formula id="ieqn-435"><mml:math id="mml-ieqn-435"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>)) compartments (see <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Figs. 1b</xref>,<xref ref-type="fig" rid="fig-1">c</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-2">2d</xref>). Smaller <inline-formula id="ieqn-436"><mml:math id="mml-ieqn-436"><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> values led to slower transitions between compartments, extended susceptibility periods (<xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1a</xref>), and delayed antivirus activation (<xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1d</xref>).</p>

<p>Comparing classical integer-order models with other fractional formulations (Caputo and Atangana-Baleanu) highlighted the distinct advantages of the CF approach. As a result of the non-singular kernel&#x2019;s ability to accurately represent fading memory effects while avoiding computational singularities, it is particularly suitable for modelling digital environments in which instantaneous state changes are unlikely to occur.</p>
<p>By incorporating random fluctuations typical of real-world networks, the Stochastic Caputo-Fabrizio Adams-Bashforth (SCF-AB) scheme significantly improved the model&#x2019;s applicability. The stochastic formulation facilitates probabilistic risk assessment and addresses uncertainties related to user behavior, network failures, and antivirus effectiveness. Based on this approach, key characteristics are captured, such as variability and noise-induced transitions, as illustrated in the figures shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Figs. 6</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-7">7</xref>.</p>
<p>Sensitivity analysis, as summarised in <xref ref-type="table" rid="table-5">Table 5</xref>, identified critical parameters affecting virus dynamics. There was a significant positive effect on the transmission rate (<inline-formula id="ieqn-437"><mml:math id="mml-ieqn-437"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>) (&#x002B;0.82), whereas there was a significant negative effect on the antivirus activation rate (<inline-formula id="ieqn-438"><mml:math id="mml-ieqn-438"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>) (&#x2212;0.45). The fractional order <inline-formula id="ieqn-439"><mml:math id="mml-ieqn-439"><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> demonstrated significant negative sensitivity (&#x2212;0.29), indicating that enhanced memory effects inherently stabilise the system against outbreaks. Furthermore, <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Figs. 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-5">5</xref> illustrate the graphical representation of these parameter influences. It is important to note that the findings have significant implications for cybersecurity policy and practice.</p>

<p>Based on the delayed dynamics shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>, memory-aware models are more accurate at predicting infection persistence and outbreak timing. Observed delayed response patterns under strong memory effects indicate the need for proactive defence strategies rather than reactive ones. The use of fractional-order dynamics can improve the scheduling of antivirus updates and digital immunization initiatives. As a result of the stochastic extension (<xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8</xref>), it is possible to assess quantitative risks for extreme outbreak scenarios under uncertain circumstances.</p>
<p>With this CF-based framework, future research will be able to encompass network topology effects, time-delayed interactions, multi-virus scenarios, and adaptive control strategies. In addition to offering theoretical insights and practical tools for the development of resilient digital defense systems, the synergy between fractional calculus and computer virus modelling offers new opportunities for computational epidemiology and cybersecurity analytics.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<label>6</label>
<title>Conclusion</title>
<p>The aim of this study is to develop a mathematical framework that utilizes Caputo-Fabrizio fractional calculus to analyze the propagation of computer viruses. This model accurately represents the dynamics of four key compartments: susceptible, latently infected, breaking-out, and antivirus-capable computers, while integrating memory effects via a non-singular exponential kernel. Using fixed-point theory, the theoretical foundations ensure the existence and uniqueness of solutions, supporting the mathematical validity of the model and its practical application.</p>
<p>For the CF operator, a two-step Adams-Bashforth numerical scheme represents an important computational advancement. The proposed scheme exhibits stable performance and second-order convergence, which allows for precise simulation of complex cyber-epidemiological dynamics. Based on numerical investigations, fractional-order memory has a significant impact on system behavior. It has been shown that lower values of <inline-formula id="ieqn-440"><mml:math id="mml-ieqn-440"><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> result in delayed outbreak peaks, diminished infection amplitudes, slower state transitions, and extended persistence of both susceptible and infected populations.</p>
<p>Comparing classical integer-order models with alternative fractional formulations underscores the unique benefits of the CF approach, especially its ability to represent fading memory effects without encountering computational singularities. Incorporating a stochastic framework via the Stochastic Caputo-Fabrizio Adams-Bashforth scheme improves the model&#x2019;s applicability by addressing the inherent uncertainty associated with real-world network environments, including unpredictable user behavior and random system failures.</p>
<p>These findings have implications for cybersecurity practice, suggesting that memory-aware models can be used to improve outbreak prediction accuracy and guide the development of more robust defence strategies. Based on the established correlation between fractional order and system stability, antivirus deployment schedules and digital immunization initiatives may be enhanced, resulting in better allocation of cybersecurity resources.</p>
<p>Based on the results of this study, a strong analytical and computational basis can be established for future research in the fields of computational epidemiology and cybersecurity. The integration of fractional calculus with computer virus modelling presents opportunities to develop adaptive and predictive cybersecurity systems that accurately represent the complex dynamics of real-world digital environments, thus enhancing defence mechanisms against evolving cyber threats.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack>
<p>This work was supported and funded by the Deanship of Scientific Research at Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University (IMSIU) (grant number IMSIU-DDRSP2601).</p>
</ack>
<sec>
<title>Funding Statement</title>
<p>This work was supported and funded by the Deanship of Scientific Research at Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University (IMSIU) (grant number IMSIU-DDRSP2601).</p>
</sec>
<sec>
<title>Author Contributions</title>
<p>All authors have contributed significantly to this work. Najat Almutairi: Conceptualization, methodology, formal analysis, writing&#x2014;original draft. Mohammed Messaoudi: Supervision, validation, writing&#x2014;review &#x0026; editing. Faisal Muteb K. Almalki: Software, visualization, data curation. Sayed Saber: Investigation, resources, writing&#x2014;review &#x0026; editing, project administration. All authors reviewed and approved the final version of the manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability">
<title>Availability of Data and Materials</title>
<p>The data and codes used in this study are available from the corresponding author upon reasonable request. No new experimental data were generated; all simulations are based on the mathematical model described.</p>
</sec>
<sec>
<title>Ethics Approval</title>
<p>Not applicable.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement">
<title>Conflicts of Interest</title>
<p>The authors declare no conflicts of interest.</p>
</sec>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>[1]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Podlubny</surname> <given-names>I</given-names></string-name></person-group>. <source>Fractional differential equations</source>. <publisher-loc>San Diego, CA, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Academic Press</publisher-name>; <year>1999</year>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>[2]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kilbas</surname> <given-names>AA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Srivastava</surname> <given-names>H</given-names></string-name>, <string-name><surname>Trujillo</surname> <given-names>J</given-names></string-name></person-group>. <chapter-title>Theory and applications of fractional differential equations</chapter-title>. In: <source>North holland mathematical studies</source>. Vol. <volume>204</volume>. <publisher-loc>Amsterdam, The Netherlands</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name>; <year>2006</year>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0304-0208(06)80001-0</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>[3]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mainardi</surname> <given-names>F</given-names></string-name></person-group>. <source>Fractional calculus and waves in linear viscoelasticity: an introduction to mathematical models</source>. <publisher-loc>London, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Imperial College Press</publisher-name>; <year>2010</year>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1142/9781848163300</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Magin</surname> <given-names>R</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Fractional calculus models of complex dynamics in biological tissues</article-title>. <source>Comput Math Appl</source>. <year>2010</year>;<volume>59</volume>(<issue>5</issue>):<fpage>1586</fpage>&#x2013;<lpage>93</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2009.08.039</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Caputo</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Linear models of dissipation whose Q is almost frequency independent II</article-title>. <source>Geophys J Royal Astron Soc</source>. <year>1967</year>;<volume>13</volume>:<fpage>529</fpage>&#x2013;<lpage>39</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1111/j.1365-246X.1967.tb02303.x</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Caputo</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fabrizio</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A new definition of fractional derivative without singular kernel</article-title>. <source>Prog Fract Differ Appl</source>. <year>2015</year>;<volume>1</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>73</fpage>&#x2013;<lpage>85</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.3390/computation8020049</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Losada</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nieto</surname> <given-names>JJ</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Properties of a new fractional derivative without singular kernel</article-title>. <source>Prog Fract Differ Appl</source>. <year>2015</year>;<volume>1</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>87</fpage>&#x2013;<lpage>92</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>[8]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname> <given-names>Z</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname> <given-names>X</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname> <given-names>L</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A fractional computer virus propagation model with saturation effect</article-title>. <source>Fractal Fract</source>. <year>2025</year>;<volume>9</volume>:<fpage>587</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.3390/fractalfract9090587</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>[9]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></string-name>, <string-name><surname>Diethelm</surname> <given-names>K</given-names></string-name>, <string-name><surname>Scalas</surname> <given-names>E</given-names></string-name>, <string-name><surname>Trujillo</surname> <given-names>JJ</given-names></string-name></person-group>. <source>Fractional calculus models and numerical methods</source>. <publisher-loc>Boston, MA, USA</publisher-loc>: <publisher-name>World Scientific</publisher-name>; <year>2012</year>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1142/9789814355216</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Fractal-fractional differentiation and integration: connecting fractal calculus and fractional calculus to predict complex system</article-title>. <source>Chaos Solitons Fractals</source>. <year>2017</year>;<volume>102</volume>(<issue>5</issue>):<fpage>396</fpage>&#x2013;<lpage>406</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2017.04.027</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Alsulami</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alharb</surname> <given-names>R</given-names></string-name>, <string-name><surname>Albogami</surname> <given-names>T</given-names></string-name>, <string-name><surname>Eljaneid</surname> <given-names>N</given-names></string-name>, <string-name><surname>Adam</surname> <given-names>H</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saber</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Controlled chaos of a fractal-fractional Newton-Leipnik system</article-title>. <source>Therm Sci</source>. <year>2024</year>;<volume>28</volume>(<issue>6</issue>):<fpage>5153</fpage>&#x2013;<lpage>60</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.2298/TSCI2406153A</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yan</surname> <given-names>T</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alhazmi</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Youssif</surname> <given-names>MY</given-names></string-name>, <string-name><surname>Elhag</surname> <given-names>AE</given-names></string-name>, <string-name><surname>Aljohani</surname> <given-names>AF</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saber</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Analysis of a lorenz model using adomian decomposition and fractal-fractional operators</article-title>. <source>Therm Sci</source>. <year>2024</year>;<volume>28</volume>(<issue>6</issue>):<fpage>5001</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.2298/TSCI2406001Y</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Alhazmi</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dawalbait</surname> <given-names>FM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Aljohani</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Taha</surname> <given-names>KO</given-names></string-name>, <string-name><surname>Adame</surname> <given-names>HDS</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saber</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Numerical approximation method and chaos for a chaotic system in sense of Caputo-Fabrizio operator</article-title>. <source>Therm Sci</source>. <year>2024</year>;<volume>28</volume>(<issue>6</issue>):<fpage>5161</fpage>&#x2013;<lpage>8</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.2298/TSCI2406161A</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>[14]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ayaz</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rehamn</surname> <given-names>MAU</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rafiq</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Iqbal</surname> <given-names>Z</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ahmed</surname> <given-names>N</given-names></string-name>, <string-name><surname>Akg&#x00FC;l</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <etal>et al.</etal></person-group> <article-title>Stochastic fractional order model for the computational analysis of computer virus</article-title>. <source>Sci Rep</source>. <year>2025</year>;<volume>15</volume>:<fpage>33951</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1038/s41598-025-10330-5</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">41028801</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lefebvre</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A stochastic model for computer virus propagation</article-title>. <source>J Dyn Game</source>. <year>2020</year>;<volume>7</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>163</fpage>&#x2013;<lpage>74</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.3934/jdg.2020010</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>[16]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Saber</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alahmari</surname> <given-names>AA</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Existence, stability, and control of glucose-insulin dynamics via Caputo-Fabrizio fractal-fractional operators</article-title>. <source>MethodsX</source>. <year>2026</year>;<volume>16</volume>:<fpage>103757</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mex.2025.103757</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">41551260</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Althubyani</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Taha</surname> <given-names>NE</given-names></string-name>, <string-name><surname>Taha</surname> <given-names>KO</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alharb</surname> <given-names>RA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saber</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Epidemiological modeling of pneumococcal pneumonia: insights from ABC fractal-fractional derivatives</article-title>. <source>Comput Model Eng Sci</source>. <year>2025</year>;<volume>143</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>3491</fpage>&#x2013;<lpage>521</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2025.061640</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>[18]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Saber</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mirgani</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Analyzing fractional glucose-insulin dynamics using Laplace residual power series methods via the Caputo operator: stability and chaotic behavior</article-title>. <source>Beni Suef Univ J Basic Appl Sci</source>. <year>2025</year>;<volume>14</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>28</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s43088-025-00608-y</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>[19]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Saber</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dridi</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alahmari</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Messaoudi</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Application of jumarie-stancu collocation series method and multi-step generalized differential transform method to fractional glucose-insulin</article-title>. <source>Int J Optim Control Theor Appl</source>. <year>2025</year>;<volume>15</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>464</fpage>&#x2013;<lpage>82</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.36922/IJOCTA025120054</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>[20]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Saber</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dridi</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alahmari</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Messaoudi</surname> <given-names>M</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Hyers-Ulam stability and control of fractional glucose-insulin systems</article-title>. <source>Eur J Pure Appl Math</source>. <year>2025</year>;<volume>18</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>6152</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.29020/nybg.ejpam.v18i2.6152</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>[21]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Alhazmi</surname> <given-names>Muflih</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mirgani</surname> <given-names>SM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Aljohani</surname> <given-names>AF</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saber</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Numerical simulation of a fractional glucose-insulin model via successive approximation and ABM schemes</article-title>. <source>AIMS Math</source>. <year>2025</year>;<volume>10</volume>(<issue>10</issue>):<fpage>22817</fpage>&#x2013;<lpage>49</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.3934/math.20251014</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>[22]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qureshi</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Modeling attractors of chaotic dynamical systems with fractal-fractional operators</article-title>. <source>Chaos Solitons Fractals</source>. <year>2019</year>;<volume>123</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>320</fpage>&#x2013;<lpage>37</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2019.04.020</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>[23]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Owolabi</surname> <given-names>KM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Akgul</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Modelling and analysis of fractal-fractional partial differential equations: application to reaction-diffusion model</article-title>. <source>Alex Eng J</source>. <year>2020</year>;<volume>59</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>2477</fpage>&#x2013;<lpage>90</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aej.2020.03.022</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>[24]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Owolabi</surname> <given-names>K</given-names></string-name>, <string-name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <source>Numerical methods for fractional differentiation</source>. <publisher-loc>Singapore</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>; <year>2019</year>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-981-15-0098-5</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>[25]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Araz</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <source>New numerical scheme with newton polynomial: theory, methods, and applications</source>. <publisher-loc>Amsterdam, The Netherlands</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name>; <year>2021</year>. p. <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>444</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/C2020-0-02711-8</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>[26]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yang</surname> <given-names>LX</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname> <given-names>X</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname> <given-names>Q</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wen</surname> <given-names>L</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A computer virus model with graded cure rates</article-title>. <source>Nonlinear Anal Real World Appl</source>. <year>2013</year>;<volume>14</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>414</fpage>&#x2013;<lpage>22</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.nonrwa.2012.07.005</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>[27]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mishra</surname> <given-names>BK</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pandey</surname> <given-names>SK</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Dynamic model of worms with vertical transmission in computer network</article-title>. <source>Appl Math Comput</source>. <year>2011</year>;<volume>217</volume>(<issue>21</issue>):<fpage>8438</fpage>&#x2013;<lpage>46</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2011.03.041</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>[28]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Deng</surname> <given-names>W</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname> <given-names>C</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname> <given-names>J</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Stability analysis of linear fractional differential system with multiple time delays</article-title>. <source>Nonlinear Dyn</source>. <year>2007</year>;<volume>48</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>409</fpage>&#x2013;<lpage>16</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11071-006-9094-0</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>[29]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>G&#x00F3;mez</surname> <given-names>JF</given-names></string-name>, <string-name><surname>Torres</surname> <given-names>L</given-names></string-name>, <string-name><surname>Escobar</surname> <given-names>RF</given-names></string-name></person-group>. <source>Fractional derivatives with mittag-leffler kernel: trends and applications in science and engineering</source>. <publisher-loc>Cham, Switzerland</publisher-loc>: <publisher-name>Springer International Publishing</publisher-name>; <year>2019</year>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>[30]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Miura</surname> <given-names>H</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kimura</surname> <given-names>T</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hirata</surname> <given-names>K</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Modeling of malware propagation in wireless mobile networks with hotspots considering the movement of mobile clients based on cosine similarity</article-title>. <source>Electronics</source>. <year>2025</year>;<volume>14</volume>:<fpage>3528</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.3390/electronics14173528</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>[31]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhou</surname> <given-names>Y</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname> <given-names>BT</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname> <given-names>K</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shen</surname> <given-names>SF</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Malware propagation model of fractional order, optimal control strategy and simulations</article-title>. <source>Front Phys</source>. <year>2023</year>;<volume>11</volume>:<fpage>1201053</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2023.1201053</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>[32]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname> <given-names>Z</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname> <given-names>H</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Hopf bifurcation of an SIQR computer virus model with time delay</article-title>. <source>Discret Dyn Nat Soc</source>. <year>2015</year>;<volume>2015</volume>:<fpage>101874</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2015/101874</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>[33]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Raza</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fatima</surname> <given-names>U</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rafiq</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ahmed</surname> <given-names>N</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khan</surname> <given-names>I</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nisar</surname> <given-names>KS</given-names></string-name>, <etal>et al.</etal></person-group> <article-title>Mathematical analysis and design of the nonstandard computational method for an epidemic model of computer virus with delay effect: application of mathematical biology in computer science</article-title>. <source>Results Phys</source>. <year>2020</year>;<volume>21</volume>:<fpage>103750</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rinp.2020.103750</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>[34]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ahmed</surname> <given-names>KIA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mirgani</surname> <given-names>SM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Seadawy</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saber</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A comprehensive investigation of fractional glucose-insulin dynamics: existence, stability, and numerical comparisons using residual power series and generalized Runge-Kutta methods</article-title>. <source>J Taibah Univ Sci</source>. <year>2025</year>;<volume>19</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>2460280</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1080/16583655.2025.2460280</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-35"><label>[35]</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Qabaja</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Asad</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wannan</surname> <given-names>R</given-names></string-name></person-group>. <chapter-title>Chaotic model for development of HIV virus</chapter-title>. In: <source>Mathematical modeling in physical sciences (ICMSQUARE 2023)</source>. <publisher-loc>Cham, Switzerland</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>; <year>2024</year>. p. <fpage>555</fpage>&#x2013;<lpage>69</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-031-52965-8_43</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-36"><label>[36]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gan</surname> <given-names>C</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname> <given-names>X</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname> <given-names>W</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname> <given-names>Q</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname> <given-names>X</given-names></string-name></person-group>. <article-title>An epidemic model of computer viruses with vaccination and generalized nonlinear incidence rate</article-title>. <source>Appl Math Comput</source>. <year>2013</year>;<volume>222</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>265</fpage>&#x2013;<lpage>74</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2013.07.055</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-37"><label>[37]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Attia</surname> <given-names>N</given-names></string-name>, <string-name><surname>Akg&#x00FC;l</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Seba</surname> <given-names>D</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nour</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Asad</surname> <given-names>J</given-names></string-name></person-group>. <article-title>A novel method for fractal-fractional differential equations</article-title>. <source>Alex Eng J</source>. <year>2022</year>;<volume>61</volume>(<issue>12</issue>):<fpage>9733</fpage>&#x2013;<lpage>48</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aej.2022.02.004</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-38"><label>[38]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Murthy</surname> <given-names>BSN</given-names></string-name>, <string-name><surname>Srinivas</surname> <given-names>MN</given-names></string-name>, <string-name><surname>Madhusudanan</surname> <given-names>V</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zeb</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tag-Eldin</surname> <given-names>EM</given-names></string-name>, <string-name><surname>Etemad</surname> <given-names>S</given-names></string-name>, <etal>et al.</etal></person-group> <article-title>The impact of Caputo-Fabrizio fractional derivative and the dynamics of noise on worm propagation in wireless IoT networks</article-title>. <source>Alex Eng J</source>. <year>2024</year>;<volume>91</volume>(<issue>9</issue>):<fpage>558</fpage>&#x2013;<lpage>79</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aej.2024.02.027</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-39"><label>[39]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Pastor-Satorras</surname> <given-names>R</given-names></string-name>, <string-name><surname>Castellano</surname> <given-names>C</given-names></string-name>, <string-name><surname>Van Mieghem</surname> <given-names>P</given-names></string-name>, <string-name><surname>Vespignani</surname> <given-names>A</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Epidemic processes in complex networks</article-title>. <source>Rev Mod Phys</source>. <year>2015</year>;<volume>87</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>925</fpage>&#x2013;<lpage>79</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1103/RevModPhys.87.925</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-40"><label>[40]</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname> <given-names>Y</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chakrabarti</surname> <given-names>D</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname> <given-names>C</given-names></string-name>, <string-name><surname>Faloutsos</surname> <given-names>C</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Epidemic spreading in real networks: an eigenvalue viewpoint</article-title>. In: <conf-name>Proceedings of the 22nd International Symposium on Reliable Distributed Systems; 2003 Oct 6&#x2013;8</conf-name>; <publisher-loc>Florence, Italy</publisher-loc>. p. <fpage>25</fpage>&#x2013;<lpage>34</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1109/RELDIS.2003.1238052</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-41"><label>[41]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Althubyani</surname> <given-names>M</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saber</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Hyers-Ulam stability of fractal-fractional computer virus models with the Atangana-Baleanu operator</article-title>. <source>Fractal Fract</source>. <year>2025</year>;<volume>9</volume>:<fpage>158</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.3390/fractalfract9030158</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-42"><label>[42]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname> <given-names>J</given-names></string-name>, <string-name><surname>Feng</surname> <given-names>H</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname> <given-names>D</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Survey of technology in network security situation awareness</article-title>. <source>Sensors</source>. <year>2023</year>;<volume>23</volume>(<issue>5</issue>):<fpage>2608</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.3390/s23052608</pub-id>; <pub-id pub-id-type="pmid">36904812</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-43"><label>[43]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dang</surname> <given-names>QA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hoang</surname> <given-names>MT</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Positivity and global stability preserving NSFD schemes for a mixing propagation model of computer viruses</article-title>. <source>J Comput Appl Math</source>. <year>2020</year>;<volume>374</volume>:<fpage>112753</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cam.2020.112753</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-44"><label>[44]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wacker</surname> <given-names>B</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Qualitative study of a dynamical system for computer virus propagation&#x2014;a nonstandard finite-difference-methodological view</article-title>. <source>Math Methods Appl Sci</source>. <year>2025</year>;<volume>48</volume>(<issue>8</issue>):<fpage>9272</fpage>&#x2013;<lpage>91</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1002/mma.10798</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-45"><label>[45]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ahmad</surname> <given-names>I</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abu Bakar</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ahmad</surname> <given-names>H</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khan</surname> <given-names>A</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abdeljawad</surname> <given-names>T</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Investigating virus spread analysis in computer networks with atangana-baleanu fractional derivative models</article-title>. <source>Fractals</source>. <year>2024</year>;<volume>32</volume>(<issue>07n08</issue>):<fpage>2440043</fpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0218348X24400437</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-46"><label>[46]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ahmad</surname> <given-names>I</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bakar</surname> <given-names>AA</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jan</surname> <given-names>R</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yussof</surname> <given-names>S</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Dynamic behaviors of a modified computer virus model: insights into parameters and network attributes</article-title>. <source>Alex Eng J</source>. <year>2024</year>;<volume>103</volume>(<issue>7</issue>):<fpage>266</fpage>&#x2013;<lpage>77</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aej.2024.06.009</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-47"><label>[47]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname> <given-names>Y</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname> <given-names>YQ</given-names></string-name>, <string-name><surname>Podlubny</surname> <given-names>I</given-names></string-name></person-group>. <article-title>Stability of fractional-order nonlinear dynamic systems: lyapunov direct method and generalized Mittag-Leffler stability</article-title>. <source>Comput Math Appl</source>. <year>2010</year>;<volume>59</volume>(<issue>5</issue>):<fpage>1810</fpage>&#x2013;<lpage>21</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2009.08.019</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-48"><label>[48]</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Agarwal</surname> <given-names>RP</given-names></string-name>, <string-name><surname>de Andrade</surname> <given-names>B</given-names></string-name>, <string-name><surname>Siracusa</surname> <given-names>G</given-names></string-name></person-group>. <article-title>On fractional integro-differential equations with state-dependent delay</article-title>. <source>Comput Math Appl</source>. <year>2011</year>;<volume>62</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>1143</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. doi:<pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2011.02.033</pub-id>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back></article>















