<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<?xml-stylesheet type="text/xsl" href="style/jpub3-html-trans.xsl"?>
<!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" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 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">21483</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2022.021483</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Numerical Solutions of Fractional Variable Order Differential Equations via Using Shifted Legendre Polynomials</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Numerical Solutions of Fractional Variable Order Differential Equations via Using Shifted Legendre Polynomials</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Numerical Solutions of Fractional Variable Order Differential Equations via Using Shifted Legendre Polynomials</alt-title>
</title-group>
<contrib-group content-type="authors">
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Shah</surname><given-names>Kamal</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Naz</surname><given-names>Hafsa</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref></contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Abdeljawad</surname><given-names>Thabet</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref><email>tabdeljawad@psu.edu.sa</email></contrib>
<contrib id="author-4" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Khan</surname><given-names>Aziz</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref></contrib>
<contrib id="author-5" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Alqudah</surname><given-names>Manar A.</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-4">4</xref></contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>Department of Mathematics and Sciences, Prince Sultan University</institution>, <addr-line>Riyadh, 11586</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>Department of Mathematics, University of Malakand</institution>, <addr-line>Chakdara Dir (L), Khyber Pakhtunkhwa</addr-line>, 18000, <country>Pakistan</country></aff>
<aff id="aff-3"><label>3</label><institution>Department of Medical Research, China Medical University</institution>, <addr-line>Taichung, 40402</addr-line>, <country>Taiwan</country></aff>
<aff id="aff-4"><label>4</label><institution>Department of Mathematical Sciences, Faculty of Sciences, Princess Nourah bint Abdurahman University</institution>, <addr-line>Riyadh, 11671</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Thabet Abdeljawad. Email: <email>tabdeljawad@psu.edu.sa</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub" date-type="pub" iso-8601-date="2022-08-26"><day>26</day>
<month>08</month>
<year>2022</year></pub-date>
<volume>134</volume>
<issue>2</issue>
<fpage>941</fpage>
<lpage>955</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>17</day><month>1</month><year>2022</year></date>
<date date-type="accepted"><day>28</day><month>3</month><year>2022</year></date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2022 Shah et al.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Shah et al.</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_21483.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>In this manuscript, an algorithm for the computation of numerical solutions to some variable order fractional differential equations (FDEs) subject to the boundary and initial conditions is developed. We use shifted Legendre polynomials for the required numerical algorithm to develop some operational matrices. Further, operational matrices are constructed using variable order differentiation and integration. We are finding the operational matrices of variable order differentiation and integration by omitting the discretization of data. With the help of aforesaid matrices, considered FDEs are converted to algebraic equations of Sylvester type. Finally, the algebraic equations we get are solved with the help of mathematical software like Matlab or Mathematica to compute numerical solutions. Some examples are given to check the proposed method&#x0027;s accuracy and graphical representations. Exact and numerical solutions are also compared in the paper for some examples. The efficiency of the method can be enhanced further by increasing the scale level.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Operational matrices</kwd>
<kwd>shifted legendre polynomials</kwd>
<kwd>FDEs</kwd>
<kwd>variable order</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1"><label>1</label><title>Introduction</title>
<p>Fractional calculus has been given much recognition during the last few decades. It has been got importance because of its variety of applications in mathematical modeling of real-world problems like biological and physical phenomenons [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>]. With the help of the aforesaid calculus, we can comprehensively explain the dynamics of various processes and phenomena in more detailed ways. Keeping these in mind, several researchers have been given attention to investigate FDEs for various results and analysis. Researchers have given much attention to studying the said area from various aspects including theoretical and numerical analysis [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>]. For such goals, they have developed various methods and procedures for numerical, analytical and theoretical results. These methods have been widely applied to study different problems for various results including existence, approximation and stability theory [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>].</p>
<p>Since it is a tedious job to solve various problems of FDEs for exact or analytical solutions, therefore like classical differential equations, various tools and methods have been developed in the previous few decades to handle the said area for approximate or analytical results. In this regard, different tools and methods have been established for analytical or semi-analytical solutions like decomposition technique [<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>], transform method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>], perturbation method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>], etc. On the other hand several numerical procedures have been established for finding the approximate solution to various problems of FDEs. Therefore, in last two decades number of terminologies have been developed for numerical solutions to the aforesaid area. Some of the commonly used methods include Tau method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>], collocation method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>] and spectral method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>]. The said methods have been derived by using various orthogonal and non-orthogonal polynomials like Legendre, Jacobi, Chebshev and Bernstein polynomials, etc. Spectral methods based on mentioned polynomials have been introduced for the computation of numerical solutions to various kinds of FDEs. In these methods, researchers have constructed some operational matrices of differentiation and integrations with non-integer order. To form such matrices, we need to utilize some polynomials. For instance shifted Legendre, shifted Jacobi and Bernstein polynomial have been used to construct operational matrices for the numerical solutions of various FDEs in literature (for some detail, see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>]).</p>
<p>Here, we state that in aforesaid work, authors have used collocation techniques together with spectral methods to perform numerical analysis of FDEs. Since collocation techniques need discretization of time domain of the function which is time consuming and expensive for memory. To over come this disadvantage, some authors have established operational matrices for fractional differentiation and integration by using shifted Legendre polynomial for the numerical solution of FDEs [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>] by omitting the discretization and collocation.</p>
<p>Recently variable order FDEs have gotten some attention from researchers. Because variable order differential and integral operators have various applications in modeling different complex real-world problems. It is less well known part of calculus but has a lot of flexibility in simulating multidisciplinary processes [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>]. Recognizing wide applications of the said area, scientists and researchers are increasingly investigating applications of the said area to model systems of engineering and physics. Here, we remark that the first definition has been presented by Samko and Ross in 1993 (see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>]). After that, many researchers have been worked in fractional calculus by discussing the possibility of variable orders derivatives and integrations. Many research articles have been published in recent years about variable order FDEs (see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>]).</p>
<p>Therefore in last few years, variable order problems of integral and differential equations have gotten significant attention. This is due to the fact that these kind problems more properly describe real world phenomenon, (we refer [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>]). Applications of variable order problems can also be traced in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>]. Also some results about existence and existence as well as stability analysis have been published recently. Also some authors have established various scheme for numerical solutions. For more information and detail, we refer [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>]. But to the best of our information, spectral methods in this regard are very rarely used for the variable order problems.</p>
<p>Here we demonstrate that using spectral methods for linear problems are stable always under some specific conditions. For instance, the spectral method based on Lagendre polynomials has been proved stable for linear problem of differential equations (see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>]). Further a numerical scheme is said to be stable if it keeps the control over the numerical solution in such a way that it only depends on the degree of polynomials. For linear problems, the proposed method has been proved stable and convergent [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>]. Since spectral methods are converging exponentially, which demonstrate their significant accuracy than other local methods. Also spectral methods offer a suitable framework to approximate the solution of many problems. Also aforesaid methods and finite difference numerical schemes have close relation because both use same idea. The significant difference between these methods is that spectral methods utilize basis functions which are nonzero over the entire domain, while difference methods using basis functions that are nonzero only on very small sub-domains. Here we remark that as compared to finite difference methods, spectral methods are global techniques. Also numerical spectral methods use the idea of global representations to find greater order approximation. Hence these features make spectral methods more popular in recent times among the researchers (see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>]). The spectral properties of Legendre polynomials have been studied very well in literature. Here we remark some related work on properties of the said method as [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>].</p>
<p>Motivated from the above discussion and work, we extend our scheme based on shifted Legendre polynomials for some variable order problems under initial and boundary conditions. We investigate two classes of variable order initial and boundary value problem as
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</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>a</mml:mi><mml:mi>U</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>g</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="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>and
<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</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:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</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:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>U</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>g</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="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <italic>g</italic> is linear continuous function from <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><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:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><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> We establish operational matrices on the basis of shifted Legendre polynomials for our considered problems. Keeping in mind that we avoid descritization and collocation to form some operational matrices of variable order integration and differentiation. Based on these matrices, proposed problems are converted to some algebraic type matrix equations of Sylvester type. Then upon using Matlab, we solve the Sylvester equation to get the required numerical solution. The advantage of our proposed method is that it saves time and extra memory. Further, we testify several examples and present their solutions of variable order at different points graphically.</p>
<p>Our paper is structured as: <xref ref-type="sec" rid="s1">Section 1</xref> is devoted to introduction. <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> is related to basic results and derivation of operational matrices. <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> is related to general algorithm. <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> is related to numerical examples. Last section is devoted to brief conclusion and discussion.</p>
</sec>
<sec id="s2"><label>2</label><title>Preliminaries</title>
<p>In this section, we recall definitions of variable order integration and differentiation which can be read in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>].</p>
<p><bold>Definition 2.1.</bold> The variable order integration of a function <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><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> with <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is defined as
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:msub><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>h</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:mi>&#x03B1;</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:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><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> is a continuous and bounded function.</p>
<p><bold>Definition 2.2.</bold> Let <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is a continuous and bounded function and <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><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:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> then the Caputo differential operator for variable order is defined as
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>h</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:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</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:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</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:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>For more properties of variable order differentiations and integrations, we refer [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>].</p>
<p><bold>Definition 2.3.</bold> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>] The recursive relation for shifted Legendre polynomials over the interval <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> is defined as
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><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>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></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:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></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>w</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mspace width="thickmathspace" /><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:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>First two polynomials are given as <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></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>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p>Next we recall orthogonality condition from [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>] which are needed in our approximation.</p>
<p><bold>Definition 2.4.</bold> The orthogonality condition is defined as
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>if</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using the orthogonality condition given in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">Eq. (6)</xref>, any function <italic>h</italic> can be approximated in terms of aforementioned polynomial as
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>where</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The above <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">Eq. (7)</xref> can also be written in vector form as
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</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:math></disp-formula></p>
<p><bold>Lemma 2.1.</bold> <bold>Convergence analysis:</bold> If <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><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>, then the best approximation of <italic>h</italic> given in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">Eq. (8)</xref> over [0, 1] is defined by
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</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:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</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:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><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:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>In same line if <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the spanning set of first <italic>N</italic> Legendre polynomials. Then, we take <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and
<disp-formula id="ueqn-1">
<mml:math id="mml-ueqn-1" display="block"><mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</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:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><bold>Proof.</bold> The proof is same as given in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>].</p>
<p>Operational matrices corresponding to variable order integration and differentiation are established by following the procedure given in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>].</p>
<p><bold>Lemma 2.2.</bold> If <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be the vector function of Legendre polynomials, then the variable order integration is defined as
<disp-formula id="ueqn-2">
<mml:math id="mml-ueqn-2" display="block"><mml:msub><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></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:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><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> order operational matrix of integration as follows:
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center center center center center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="ueqn-3">
<mml:math id="mml-ueqn-3" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><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:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><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:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><bold>Corollary 1.</bold> With the help of operational matrix given in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Eq. (10)</xref>, the error
<disp-formula id="ueqn-4">
<mml:math id="mml-ueqn-4" display="block"><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></disp-formula>is bounded. The concerned error bound is computed as
<disp-formula id="ueqn-5">
<mml:math id="mml-ueqn-5" display="block"><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where the constants <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are denoting the spectral coefficients of <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><bold>Lemma 2.3.</bold> Let <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> be the vector function, then fractional variable order differentiation of <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is given by <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> where <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is operational matrix of variable order <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><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> differentiation given by
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center center center center center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><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:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="ueqn-6">
<mml:math id="mml-ueqn-6" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><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:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><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:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>with <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><bold>Corollary 2.</bold> The error in computation of variable order differentiation of a function <italic>U</italic> is given by
<disp-formula id="ueqn-7">
<mml:math id="mml-ueqn-7" display="block"><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></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:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Further the said error is bounded by
<disp-formula id="ueqn-8">
<mml:math id="mml-ueqn-8" display="block"><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</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:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Lemma 2.4.</bold> Let <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> be defined over the interval [0, 1] and <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, then
<disp-formula id="ueqn-9">
<mml:math id="mml-ueqn-9" display="block"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0398;</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:msup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>V</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:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><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:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><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>where <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><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:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the operational matrix given by
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><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:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center center center center center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</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:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="ueqn-10">
<mml:math id="mml-ueqn-10" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x2118;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><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:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Proof.</bold> The proof is same as done in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>].</p>
</sec>
<sec id="s3"><label>3</label><title>General Algorithms for Variable Orders Problems</title>
<p>Here, we establish the required scheme for initial and boundary value problems of variable order FDEs in two sub-sections.</p>
<sec id="s3_1"><label>3.1</label><title>Construction of Algorithm for Variable Initial Value Problem</title>
<p>Consider the following case, when <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mi>&#x03B1;</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> as
<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</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>a</mml:mi><mml:mi>U</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>g</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="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Consider
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><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>By the application of fractional variable integration with order <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><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>, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-14">Eq. (14)</xref> implies that
<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></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:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>By using initial condition, one has <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> Insert value of <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">Eq. (15)</xref> yields
<disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></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:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>We write the approximation as <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</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> and <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</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:math></inline-formula> After simplification, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">Eq. (13)</xref> gives
<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</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>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</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:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</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:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>Further simplification implies that
<disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</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:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>This is a simple Sylvester type algebraic equation. Upon using Matlab, we solve it to compute the coefficient matrix <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> to receive the required numerical solution of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s3_2"><label>3.2</label><title>Algorithm for Variable Order Boundary Value Problem</title>
<p>Here, we construct the general scheme for variable order problems, when <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><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> as
<disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</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:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</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:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>U</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>g</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="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Assume that
<disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><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>By applying the fractional order integration of order <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-21">Eq. (21)</xref> implies that
<disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-22">Eq. (22)</xref> can be written as
<disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></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:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>By using the initial and boundary conditions, we can easily get <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and for <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> use <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-23">Eq. (23)</xref> to get
<disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>By inserting the values of constants <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-23">Eq. (23)</xref>, we have
<disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></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:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>On using Lemma 2.4 and after simplification <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-25">Eq. (25)</xref>, one has
<disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></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 mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</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:math></disp-formula>where
<disp-formula id="ueqn-11">
<mml:math id="mml-ueqn-11" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Now by the use of Lemma 2.4, one has
<disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></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 mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</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:math></disp-formula></p>
<p>Insert <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-21 eqn-25">Eqs. (21), (25)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-27">(27)</xref> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-20">(20)</xref>, one has
<disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></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 mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></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 mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</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:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:msubsup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</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></inline-formula> By further simplification and rearranging terms, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-28">Eq. (28)</xref> can be written as
<disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></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 mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>After simplification, we get
<disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></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 mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-30">Eq. (30)</xref> is simple algebraic equation of Sylvester type and can be solved through the Matlab software for required numerical solution.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4"><label>4</label><title>Illustrative Examples</title>
<p>Here we give examples for both kinds of problems in two sub-sections.</p>
<sec id="s4_1"><label>4.1</label><title>Numerical Examples for Variable Initial Value Problems</title>
<p>Consider the following example as</p>
<p><bold>Example 1.</bold>
<disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</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>2</mml:mn><mml:mi>U</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>g</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="thickmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</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:mspace width="thickmathspace" /><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>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>U</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>2.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>For <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><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:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the exact solution is given by
<disp-formula id="ueqn-12">
<mml:math id="mml-ueqn-12" display="block"><mml:mi>U</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>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="ueqn-13">
<mml:math id="mml-ueqn-13" display="block"><mml:mi>g</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>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, we give graphical presentation of approximate solution for different values of variable order at <italic>t</italic> and the corresponding absolute error using scale level equal to <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Figs. 1</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-2">2</xref>, respectively.</p>
<fig id="fig-1"><label>Figure 1</label><caption><title>Graphical presentation of approximate solutions and absolute error of Example 1</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_21483-fig-1.png"/></fig><fig id="fig-2"><label>Figure 2</label><caption><title>Graphical presentation of approximate solutions and absolute error of Example 1 at various scale level and at <italic>t&#x2009;</italic> &#x003D; 0.75</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_21483-fig-2.png"/></fig>
<p><bold>Example 2.</bold> Consider another problem as
<disp-formula id="eqn-32"><label>(32)</label><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi></mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>U</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>U</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>g</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="thickmathspace" /><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</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:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>U</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>1.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>For <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><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:mfrac><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, the exact solution is given by
<disp-formula id="ueqn-14">
<mml:math id="mml-ueqn-14" display="block"><mml:mi>U</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:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where the source function <italic>g</italic> is given as
<disp-formula id="ueqn-15">
<mml:math id="mml-ueqn-15" display="block"><mml:mi>g</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>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><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:mfrac><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, we give graphical presentation of approximate solution for various values of variable order at <italic>t</italic> and the corresponding absolute error using scale level equal to <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Figs. 3</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-4">4</xref>, respectively.</p>
<fig id="fig-3"><label>Figure 3</label><caption><title>Graphical presentation of approximate solutions and absolute error of Example 2</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_21483-fig-3.png"/></fig><fig id="fig-4"><label>Figure 4</label><caption><title>Graphical presentation of approximate solutions and absolute error of Example 2 at various scale level and at <italic>t&#x2009;</italic> &#x003D; 0.75</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_21483-fig-4.png"/></fig>
</sec>
<sec id="s4_2"><label>4.2</label><title>Numerical Examples for Variable Order Boundary Value Problems</title>
<p>To demonstrate the second scheme for boundary value problems, we give some examples here.</p>
<p><bold>Example 3.</bold> Consider the problem
<disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>U</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>U</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>g</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="thickmathspace" /><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</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>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>U</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</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>For <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><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:mi>sin</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:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the exact solution is given by <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mi>U</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:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> Further, the source function is given as
<disp-formula id="ueqn-16">
<mml:math id="mml-ueqn-16" display="block"><mml:mi>g</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>120</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</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:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, we give graphical presentation of approximate solution for various values of variable order at <italic>t</italic> and the corresponding absolute error using scale level equal to <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Figs. 5</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-6">6</xref>, respectively.</p>
<fig id="fig-5"><label>Figure 5</label><caption><title>Graphical presentation of approximate solutions and absolute error of Example 3 at various values of <italic>t</italic> and scale level 6</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_21483-fig-5.png"/></fig><fig id="fig-6"><label>Figure 6</label><caption><title>Graphical presentation of approximate solutions and absolute error of Example 3</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_21483-fig-6.png"/></fig>
<p><bold>Example 4.</bold> Consider the problem as
<disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>U</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>U</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>g</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="thickmathspace" /><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</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>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thickmathspace" /><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>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>U</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</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>For <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><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:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, the exact solution is given as <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mi>U</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:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the source function as
<disp-formula id="ueqn-17">
<mml:math id="mml-ueqn-17" display="block"><mml:mi>g</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>720</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</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:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</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:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, we give graphical presentation of approximate solution for various values of variable order at <italic>t</italic> and the corresponding absolute error using scale level equal to <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Figs. 7</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-8">8</xref>, respectively.</p>
<fig id="fig-7"><label>Figure 7</label><caption><title>Graphical presentation of approximate solutions and absolute error of Example 4 at various values of <italic>t</italic> and scale level 6</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_21483-fig-7.png"/></fig><fig id="fig-8"><label>Figure 8</label><caption><title>Graphical presentation of approximate solutions and absolute error of Example 4</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_21483-fig-8.png"/></fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s5"><label>5</label><title>Conclusion and Discussion</title>
<p>In this research paper, various classes of variable order FDEs have been studied under boundary and initial conditions for numerical solutions. Properties of shifted Legendre polynomials have been used to develop operational matrices for fractional variable order derivative and integration. Based on these operational matrices, considered problems with initial/boundary conditions have been reduced to algebraic equations of the Sylvester type. By using mathematical softwares like Matlab, we have solved the obtained algebraic equation for the required numerical solution. In this regard, various examples have been solved based on the proposed method. We have omitted the collocations and sub-division of the time domain in small intervals. Also, the proposed spectral method has been proved stable. Moreover, some error analysis has been recorded which shows that the greater the scale level higher be the accuracy and vice versa. From our numerical experiments, we have observed that the accuracy of the proposed method is excellent and can be improved further by enlarging the scale level. Because of using a higher scale level, the efficiency of the proposed method can be improved very well. An absolute error has also been computed at different scale levels. We have also examined various problems using different fractional variable order to check the results. Hence, from numerical examples, we have concluded that the operational matrices method based on shifted Legendre polynomials can also be used as a powerful tool to handle different classes of variable order FDEs as well as integral equations for their numerical solutions.</p>
</sec>
</body>
<back>
<fn-group>
<fn fn-type="conflict"><p><bold>Data Availability:</bold> The data used has been included within the paper.</p></fn></fn-group>
<ack><p>This paper has been read and approved by all authors. Also authors Kamal Shah, Aziz Khan and Thabet Abdeljawad would like to thank Prince Sultan University for support through research lab TAS.</p></ack>
<fn-group>
<fn fn-type="other"><p><bold>Funding Statement:</bold> Princess Nourah bint Abdurahman University Researchers Supporting Project No. (PNURSP2023R14), Princess Nourah bint Abdurahman University, Riyadh, Saudi Arabia.</p></fn>
<fn fn-type="conflict"><p><bold>Conflicts of Interest:</bold> The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p></fn>
</fn-group>
<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>Miller</surname>, <given-names>K. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ross</surname> <given-names>B.</given-names></string-name></person-group> (<year>1993</year>). <source>An introduction to the fractional calculus and fractional differential equations</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</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> (<year>1998</year>). <source>Fractional differential equations</source>. <publisher-loc>Amester Dam</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Oldham</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Spanier</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>1974</year>). <source>The fractional calculus theory and applications of differentiation and integration to arbitrary order</source>. <publisher-loc>Amester Dam</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ray</surname>, <given-names>S. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bera</surname>, <given-names>R. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Solution of an extraordinary differential equation by adomian decomposition method</article-title>. <source>Journal of Applied Mathematics</source><italic>,</italic> <volume>2004</volume><issue>(4)</issue><italic>,</italic> <fpage>331</fpage>&#x2013;<lpage>338</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/S1110757X04311010</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>Chinnathambi</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rihan</surname>, <given-names>F. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alsakaji</surname>, <given-names>H. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A fractional-order model with time delay for tuberculosis with endogenous reactivation and exogenous reinfections</article-title>. <source>Mathematical Methods in the Applied Sciences</source><italic>,</italic> <volume>44</volume><issue>(10)</issue><italic>,</italic> <fpage>8011</fpage>&#x2013;<lpage>8025</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/mma.5676</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>Hashim</surname>, <given-names>I.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abdulaziz</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Momani</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Homotopy analysis method for fractional IVPs</article-title>. <source>Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation</source><italic>,</italic> <volume>14</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>674</fpage>&#x2013;<lpage>684</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cnsns.2007.09.014</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>Rihan</surname>, <given-names>F. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Al-Mdallal</surname>, <given-names>Q. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>AlSakaji</surname>, <given-names>H. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hashish</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A fractional-order epidemic model with time-delay and nonlinear incidence rate</article-title>. <source>Chaos, Solitons &#x0026; Fractals</source><italic>,</italic> <volume>126</volume><italic>,</italic> <fpage>97</fpage>&#x2013;<lpage>105</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2019.05.039</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Canuto</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hussaini</surname>, <given-names>M. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Quarteroni</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zang</surname>, <given-names>T. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <source>Spectral methods: Fundamentals in single domains</source>. Berlin/Heidelberg, Germany: <publisher-name>Springer Science &#x0026; Business Media</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Borhanifar</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sadri</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Shifted jacobi collocation method based on operational matrix for solving the systems of fredholm and volterra integral equations</article-title>. <source>Mathematical and Computational Applications</source><italic>,</italic> <volume>20</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>76</fpage>&#x2013;<lpage>93</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/mca20010093</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>Saadatmandi</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dehghan</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>A new operational matrix for solving fractional-order differential equations</article-title>. <source>Computers &#x0026; Mathematics with Applications</source><italic>,</italic> <volume>59</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>1326</fpage>&#x2013;<lpage>1336</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2009.07.006</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>Khalil</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khan</surname>, <given-names>R. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>A new method based on legendre polynomials for solutions of the fractional two-dimensional heat conduction equation</article-title>. <source>Computers &#x0026; Mathematics with Applications</source><italic>,</italic> <volume>67</volume><issue>(10)</issue><italic>,</italic> <fpage>1938</fpage>&#x2013;<lpage>1953</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2014.03.008</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>Rihan</surname>, <given-names>F. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Numerical modeling of fractional-order biological systems</article-title>. <source>Abstract and Applied Analysis</source><italic>,</italic> <volume>2013</volume>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2013/816803</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>Shah</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A numerical scheme based on non-discretization of data for boundary value problems of fractional order differential equations</article-title>. <source>Revista de la Real Academia de Ciencias Exactas, Fsicas y Naturales. Serie A. Matemticas</source><italic>,</italic> <volume>113</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>2277</fpage>&#x2013;<lpage>2294</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s13398-018-0616-7</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>Shah</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khalil</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khan</surname>, <given-names>R. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A generalized scheme based on shifted jacobi polynomials for numerical simulation of coupled systems of multi-term fractional-order partial differential equations</article-title>. <source>LMS Journal of Computation and Mathematics</source><italic>,</italic> <volume>20</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>11</fpage>&#x2013;<lpage>29</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1112/S146115701700002X</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>Mao</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shen</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Hermite spectral methods for fractional PDEs in unbounded domains</article-title>. <source>SIAM Journal on Scientific Computing</source><italic>,</italic> <volume>39</volume><issue>(5)</issue><italic>,</italic> <fpage>A1928</fpage>&#x2013;<lpage>A1950</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/16M1097109</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>Khalil</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shah</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khan</surname>, <given-names>R. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Approximate solution of boundary value problems using shifted legendre polynomials</article-title>. <source>Applied and Computational Mathematics</source><italic>,</italic> <volume>16</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>269</fpage>&#x2013;<lpage>285</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Rihan</surname>, <given-names>F. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Computational methods for delay parabolic and time-fractional partial differential equations</article-title>. <source>Numerical Methods for Partial Differential Equations</source><italic>,</italic> <volume>26</volume><issue>(6)</issue><italic>,</italic> <fpage>1556</fpage>&#x2013;<lpage>1571</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/num.20504</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>Chen</surname>, <given-names>Y. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wei</surname>, <given-names>Y. Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>D. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Numerical solution for a class of nonlinear variable order fractional differential equations with legendre wavelets</article-title>. <source>Applied Mathematics Letters</source><italic>,</italic> <volume>46</volume><italic>,</italic> <fpage>83</fpage>&#x2013;<lpage>88</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aml.2015.02.010</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>Ganji</surname>, <given-names>R. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jafari</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Numerical solution of variable order integro-differential equations</article-title>. <source>Advanced Mathematical Models &#x0026; Applications</source><italic>,</italic> <volume>4</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>64</fpage>&#x2013;<lpage>69</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Moghaddam</surname>, <given-names>B. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Machado</surname>, <given-names>J. A. T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Extended algorithms for approximating variable order fractional derivatives with applications</article-title>. <source>Journal of Scientific Computing</source><italic>,</italic> <volume>71</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>1351</fpage>&#x2013;<lpage>1374</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-016-0343-1</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>Patnaik</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hollkamp</surname>, <given-names>J. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Semperlotti</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Applications of variable-order fractional operators: A review</article-title>. <source>Proceedings of the Royal Society A</source><italic>,</italic> <volume>476</volume><issue>(2234)</issue><italic>,</italic> <fpage>20190498</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.2019.0498</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>Sun</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chang</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A review on variable-order fractional differential equations: Mathematical foundations, physical models, numerical methods and applications</article-title>. <source>Fractional Calculus and Applied Analysis</source><italic>,</italic> <volume>22</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>27</fpage>&#x2013;<lpage>59</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1515/fca-2019-0003</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>Akg&#x00FC;l</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baleanu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>On solutions of variable-order fractional differential equations</article-title>. <source>International Journal of Optimization and Control: Theories &#x0026; Applications</source><italic>,</italic> <volume>7</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>112</fpage>&#x2013;<lpage>116</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.11121/ijocta.01.2017.00368</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gottlieb</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lustman</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tadmor</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>1987</year>). <article-title>Stability analysis of spectral methods for hyperbolic initial-boundary value systems</article-title>. <source>SIAM Journal on Numerical Analysis</source><italic>,</italic> <volume>24</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>241</fpage>&#x2013;<lpage>256</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/0724020</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>Canuto</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hussaini</surname>, <given-names>M. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Quarteroni</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zang</surname>, <given-names>T. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>1988</year>). <chapter-title>Theory of stability and convergence for spectral methods</chapter-title>. In: <source>Spectral methods in fluid dynamics</source>, pp. <fpage>315</fpage>&#x2013;<lpage>374</lpage>. <publisher-loc>Berlin, Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kendall</surname>, <given-names>E. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Numerical analysis</article-title>. <source>Scholarpedia</source><italic>,</italic> <volume>2</volume><issue>(8)</issue><italic>,</italic> <fpage>3163</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.4249/scholarpedia.3163</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>Bhrawy</surname>, <given-names>A. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Al-Shomrani</surname>, <given-names>M. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>A shifted legendre spectral method for fractional-order multi-point boundary value problems</article-title>. <source>Advances in Difference Equations</source><italic>,</italic> <volume>2012</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>19</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/1687-1847-2012-8</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>Adibi</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rismani</surname>, <given-names>A. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>On using a modified legendre-spectral method for solving singular IVPs of Lane&#x2013;Emden type</article-title>. <source>Computers &#x0026; Mathematics with Applications</source><italic>,</italic> <volume>60</volume><issue>(7)</issue><italic>,</italic> <fpage>2126</fpage>&#x2013;<lpage>2130</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2010.07.056</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>29.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dattoli</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ricci</surname>, <given-names>P. E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cesarano</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>A note on legendre polynomials</article-title>. <source>International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation</source><italic>,</italic> <volume>2</volume><issue>(4)</issue><italic>,</italic> <fpage>365</fpage>&#x2013;<lpage>370</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1515/IJNSNS.2001.2.4.365</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>30.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Dattoli</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Germano</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Martinelli</surname>, <given-names>M. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ricci</surname>, <given-names>P. E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>A novel theory of legendre polynomials</article-title>. <source>Mathematical and Computer Modelling</source><italic>,</italic> <volume>54</volume><issue>(1&#x2013;2)</issue><italic>,</italic> <fpage>80</fpage>&#x2013;<lpage>87</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.mcm.2011.01.037</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>Alrabaiah</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ahmad</surname>, <given-names>I.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Amin</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shah</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A numerical method for fractional variable order pantograph differential equations based on haar wavelet</article-title>. <source>Engineering with Computers</source><italic>,</italic> <volume>2021</volume><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>14</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00366-020-01227-0</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>Heydari</surname>, <given-names>M. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Avazzadeh</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A new wavelet method for variable-order fractional optimal control problems</article-title>. <source>Asian Journal of Control</source><italic>,</italic> <volume>20</volume><issue>(5)</issue><italic>,</italic> <fpage>1804</fpage>&#x2013;<lpage>1817</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/asjc.1687</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>33.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hesthaven</surname>, <given-names>J. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gottlieb</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gottlieb</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <source>Spectral methods for time-dependent problems</source>, vol. <volume>21</volume>. Cambridge: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>







