<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 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">18445</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2022.018445</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A Study of Traveling Wave Structures and Numerical Investigation of Two-Dimensional Riemann Problems with Their Stability and Accuracy</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">A Study of Traveling Wave Structures and Numerical Investigation of Two-Dimensional Riemann Problems with Their Stability and Accuracy</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">A Study of Traveling Wave Structures and Numerical Investigation of Two-Dimensional Riemann Problems with Their Stability and Accuracy</alt-title>
</title-group>
<contrib-group content-type="authors">
<contrib id="author-1" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Alharbi</surname><given-names>Abdulghani Ragaa</given-names></name><email>arharbi@taibahu.edu.sa</email>
<email>abdul928@hotmail.com</email></contrib>
<aff id="aff-1"><institution>Department of Mathematics, College of Science, Taibah University</institution>, <addr-line>Al-Madinah Al-Munawarah, 42353</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Abdulghani Ragaa Alharbi. Email: <email>arharbi@taibahu.edu.sa</email>; <email>abdul928@hotmail.com</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub" date-type="pub" iso-8601-date="2022-09-19"><day>19</day>
<month>09</month>
<year>2022</year></pub-date>
<volume>134</volume>
<issue>3</issue>
<fpage>2193</fpage>
<lpage>2209</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>25</day><month>11</month><year>2021</year></date>
<date date-type="accepted"><day>11</day><month>5</month><year>2022</year></date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2022 Alharbi</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Alharbi</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_18445.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>The Riemann wave system has a fundamental role in describing waves in various nonlinear natural phenomena, for instance, tsunamis in the oceans. This paper focuses on executing the generalized exponential rational function approach and some numerical methods to obtain a distinct range of traveling wave structures and numerical results of the two-dimensional Riemann problems. The stability of obtained traveling wave solutions is analyzed by satisfying the constraint conditions of the Hamiltonian system. Numerical simulations are investigated via the finite difference method to verify the accuracy of the obtained results. To extract the approximation solutions to the underlying problem, some ODE solvers in FORTRAN software are applied, and outcomes are shown graphically. The stability and accuracy of the numerical schemes using Fourier&#x2019;s stability method and error analysis, respectively, to increase the reassurance are investigated. A comparison between the analytical and numerical results is obtained and graphically provided. The proposed methods are effective and practical to be applied for solving more partial differential equations (PDEs).</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>The Riemann wave equation</kwd>
<kwd>Hamiltonian system</kwd>
<kwd>solitary solutions</kwd>
<kwd>numerical solutions</kwd>
<kwd>stability</kwd>
<kwd>accuracy</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1"><label>1</label><title>Introduction</title>
<p>Diverse phenomena in nature and technology are described using nonlinear evolution equations (NLEEs). In physics, for instance, the heat transfer and the traveling wave phenomena are successfully modeled by PDEs. In chemistry, the dispersion of a chemically reactive substance is controlled by PDEs. Also, PDEs are invoked to characterize population growth problems. Moreover, most physical incidents of shallow-water waves, quantum mechanics, plasma physics, electricity, fluid dynamics, and more others are investigated using PDEs. In order to better comprehend the qualitative characteristics of such equations, one can study their analytical solutions. A distinct range of traveling wave structures allows us to explain the mechanisms of immense complicated phenomena. As a result, some researchers have revealed numerous effective methods. Some of the powerful approaches are the Sine-Gordon expansion approach [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>], the modified simple equation technique [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>], the tanh-sech process [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>], the trial equation method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>], the <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>-expansion principal [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>] and the generalized exponential rational function approach [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>]. More methods can be easily seen in references [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>].</p>
<p>The Riemann wave system [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>] is given by
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are constants. System <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> describes a <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>-dimensional interaction for the propagation of Riemann waves in the <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>-axis and <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>-axis. The Riemann wave equations have been investigated by some scientists using various methods. For example, Shao [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>] examined the stability of the solution of the quasi-linear hyperbolic systems under the influence of some BV perturbations. Shao [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>] presented several solutions with satisfying some conditions. Chen&#x00A0;et&#x00A0;al.&#x00A0;[<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>] used the generalized expansion approach of the Riccati equation to extract some soliton-like solutions for <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref> when <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where <italic>b</italic> is a constant. The modified mapping principle was applied in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>] to establish a class of periodic wave solutions in terms of the Jacobi elliptic functions. Moreover, Abdelrahman&#x00A0;et&#x00A0;al.&#x00A0;[<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>] utilized the singular manifold technique to construct two general solutions for system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref>. Every obtained solution contains two arbitrary functions. Then, some periodic wave solutions were derived from the obtained general solutions. In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>], the tanh method was implemented to generate some traveling wave solutions for <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref>. The generalized Kudryashov approach was applied in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>] to systematically and graphically show the traveling wave solutions of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref>. While, in this paper, we present analytical and numerical solutions to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">Eq. (1)</xref> using the generalized exponential rational function approach [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>] and finite difference methods, respectively.</p>
<p>Since our knowledge of constructing exact solutions for the Riemann wave equations is basically based on few techniques, we utilize the generalized exponential rational function approach [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>] to construct the exact solutions of the considered equations. This technique depends on Jacobi elliptic functions. As a result, various solitary traveling wave solutions can be simply generated in terms of trigonometric and hyperbolic functions. Regarding the numerical solution, some numerical simulations are presented using the finite difference method to emphasize that the obtained results are accurate. The numerical solutions of the considered system are obtained by approaching the equations on a mesh using the finite-difference notations. The domain is divided into a limited set of grids to achieve meshes for both independent variables <italic>x</italic> and <italic>y</italic>. It is well known that the wave of the solutions has areas with rapid spatial changes, for instance, steep fronts structures. In order to resolve these types of areas, fine numbers of grids, for <italic>x</italic> and <italic>y</italic>, are required. The step size, <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> should be extremely small to catch these regions. Computationally, it is intensive and expensive. Hence, I strive to achieve an alternative discretizing for the meshes to have a non-uniform mesh that manually sets more grids in where the solution varies rapidly and fewer grids outside these regions. And then, I used the stiff ODE solver DASPK [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>] to solve the obtained ODEs of the semi-discretization of the system. This ODEs solver is an implicit iterative method, based on the Krylov subspace method. They are applied to solve the system of linearized equations. They also allow converting the Jacobian matrix to be LU factorized to make the calculations faster. I additionally studied, here, the stability and the error analysis for the numerical schemes.</p>
</sec>
<sec id="s2"><label>2</label><title>Methodology</title>
<p>The generalized exponential rational function approach is comprehensively summarized in this section, as presented in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>]. Assume that
<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>is a given nonlinear PDE in the unknown functions <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. <italic>P</italic> is a polynomial in <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and their partial derivatives. Suppose that <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <italic>w</italic> are unknown parameters that will be computed later. Thus,
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><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:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</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>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref> is converted into
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mrow><mml:mtext>^{\prime}</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. According to the proposed method, the formal solution of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">Eq. (4)</xref> is written as
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are complex (or real) constants so that <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref> is expressed as
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</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:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The balance principle is used to determine the value of <italic>N</italic> appearing in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">Eq. (6)</xref>. Moreover, the coefficients <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><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:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</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:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is evaluated such that <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">Eq. (6)</xref> satisfies <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">Eq. (4)</xref>. Inserting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">Eq. (6)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">Eq. (4)</xref> gives a polynomial from which one can obtain an algebraic system solved using Mathematica or Maple. The values of the above-mentioned constants are included in the solutions of this system. Substituting these values into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">Eq. (6)</xref> yields the exact solutions of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-2">Eq. (2)</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s3"><label>3</label><title>Traveling Wave Solution</title>
<p>In this section, we study the exact solutions of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> using the generalized exponential rational function approach. Substitute <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">Eq. (3)</xref> into system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> to have
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>We now integrate each equation in system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">(7)</xref> with respect to <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:math></inline-formula> to obtain
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</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>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Balancing the highest order of <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with the nonlinear term <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">(8)</xref> evaluates the value of <italic>N</italic> given by <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. As a result, the exact solutions are shown as follows:
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</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:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A5;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><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:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</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-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is presented in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eq. (5)</xref>. We insert systems <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">(8)</xref> to obtain the traveling wave solutions of (1) which are written as follows.</p>
<p>Family 1: For <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</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> and <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><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>,</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>, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eq. (5)</xref> becomes
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Eq. (10)</xref> into the first equation of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> and then we insert the result into the first equation of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">(8)</xref> give an algebraic system whose solutions are given as follows:</p>
<p>Case 1:
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-11">Eq. (11)</xref> into system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Eq. (10)</xref> gives the exact solutions of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> which are illustrated as follows:
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</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></p>
<p>Case 2:
<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Inserting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">Eq. (13)</xref> into system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Eq. (10)</xref> yields the exact solutions of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> which are expressed as
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Case 3:
<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Plugging <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">Eq. (15)</xref> into system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Eq. (10)</xref> gives the traveling wave solutions of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> which are given by
<disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>coth</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</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></p>
<p>Case 4:
<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Putting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-11">Eq. (11)</xref> into system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">Eq. (10)</xref> leads to the exact solutions of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> which are shown as
<disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>coth</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</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></p>
<p>Family 2: For <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</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> and <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eq. (5)</xref> becomes
<disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Case 1:
<disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-20">Eq. (20)</xref> into system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">Eq. (19)</xref> gives the exact solutions of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> which are shows as follows:
<disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</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></p>
<p>Case 2:
<disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><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:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Inserting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-22">Eq. (22)</xref> into system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">Eq. (19)</xref> yields the traveling wave solutions of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> which are
<disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</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>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</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></p>
<p>Case 3:
<disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Putting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">Eq. (24)</xref> into system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">Eq. (19)</xref> gives the exact solutions of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> which are
<disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Case 4:
<disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-26">Eq. (26)</xref> into system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">Eq. (19)</xref> leads to the exact solutions of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> which are expressed as
<disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s4"><label>4</label><title>Stability of the Analytical Solution</title>
<p>We introduce the Hamiltonian system in this section. Hamiltonian system is applied on analytical solutions to test their stability on a specific interval. The Hamiltonian system [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>] is expressed by
<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:mi mathvariant="normal">&#x03A0;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A0;</mml:mi></mml:math></inline-formula> indicates the momentum function. Furthermore, <italic>w</italic> presents the wave speed and <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the considered analytical solution. The sufficient condition for the stability is
<disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>When we apply <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-28">Eqs. (28)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-29">(29)</xref> on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">Eq. (18)</xref> over the rectangular domain <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>40</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>, we obtain
<disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>18.24</mml:mn><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where the parameters <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.70</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2.20</mml:mn></mml:math></inline-formula>. As a result, the analytical solutions are unconditionally stable.</p>
</sec>
<sec id="s5"><label>5</label><title>Finite Difference Semi-Discretization Scheme on a Fixed Mesh</title>
<p>This section is devoted to study the numerical solutions of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> over the physical domain <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where <italic>a</italic> and <italic>b</italic> indicate the boundary of the domain in <italic>x</italic> direction. Moreover, <italic>c</italic> and <italic>d</italic> indicate the boundary of the domain in <italic>y</italic> direction and <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes a specific time. The central finite differences are utilized to establish the numerical schemes of this system. We firstly split the domain <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> into <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> discrete points as follows:
<disp-formula id="ueqn-1">
<mml:math id="mml-ueqn-1" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mi>n</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:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mi>m</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:mi>M</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> denote the width of the sub-intervals in <italic>x</italic> and <italic>y</italic> directions, respectively. System <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> is now converted into some equations of ODEs by implementing finite differences on spatial derivatives. We keep the temporal derivative continuous. Completing this gives
<disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><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 mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><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 mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="ueqn-2">
<mml:math id="mml-ueqn-2" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>We compute the boundary conditions as follows:
<disp-formula id="eqn-32"><label>(32)</label><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>These boundary conditions allow us to employ the fictitious points in computing the spatial derivatives at the boundaries of the domain. It is worth noting that the initial conditions are established by evaluating the exact solution at <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, as follows:
<disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tanh</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</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:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><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:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2213;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are constants.</p>
<p>In order to extract the numerical solutions of the considered equation, we implement the finite difference approach which depends on a standard ODE solver in FORTRAN software, DASPK solver [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>]. The standard backward differentiation operators are invoked to approximate the time derivatives in this solver. In addition, the Jacobian matrix of the linearised system is approximated by applying LU factorization. To have less bandwidth for this matrix, we use a unique system numbering for the unknowns <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</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:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
</sec>
<sec id="s6"><label>6</label><title>Stability of the Numerical Solution</title>
<p>This section investigates the stability of the numerical solution using a Fourier&#x2019;s stability technique. From the second and third equations of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">(8)</xref>, we have
<disp-formula id="ueqn-3">
<mml:math id="mml-ueqn-3" display="block"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>V</mml:mi><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting these equations into the first equation of system <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1">(1)</xref> yields
<disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Since the Fourier stability approach is applied on linear equations, we linearise <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">Eq. (34)</xref> as follows:
<disp-formula id="eqn-35"><label>(35)</label><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></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:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are constants quantity defined by
<disp-formula id="ueqn-4">
<mml:math id="mml-ueqn-4" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo form="prefix">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo form="prefix">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The boundary conditions are ignored. Consider the point <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Let
<disp-formula id="eqn-36"><label>(36)</label><mml:math id="mml-eqn-36" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mspace width="1pt" /></mml:mrow><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mspace width="1pt" /></mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mspace width="1pt" /></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mspace width="1pt" /></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mspace width="1pt" /></mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mspace width="1pt" /></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mtext>and\,\, then</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mi>n</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:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>m</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:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>plugging <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-36">Eq. (36)</xref> into scheme <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-35">(35)</xref> yields
<disp-formula id="eqn-37"><label>(37)</label><mml:math id="mml-eqn-37" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Dividing both sides of the result by <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> gives
<disp-formula id="eqn-38"><label>(38)</label><mml:math id="mml-eqn-38" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Assume that
<disp-formula id="ueqn-5">
<mml:math id="mml-ueqn-5" display="block"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</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>Then, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-38">Eq. (38)</xref> becomes
<disp-formula id="eqn-39"><label>(39)</label><mml:math id="mml-eqn-39" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Hence,
<disp-formula id="eqn-40"><label>(40)</label><mml:math id="mml-eqn-40" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>According to the Fourier stability, the stability of the considered scheme occurs if the absolute value of <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:math></inline-formula> does not exceed one. This constrained condition is perfectly satisfied in our analysis. It is clear from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-39">Eq. (39)</xref> that the absolute value of <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is less than one. Consequently, the numerical scheme is unconditionally stable.</p>
</sec>
<sec id="s7"><label>7</label><title>Error Analysis</title>
<p>Taylor series is used in this section to examine the order of the accuracy of scheme <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-31">(31)</xref>. We evaluate the truncation error to obtain the order. Suppose that
<disp-formula id="eqn-41"><label>(41)</label><mml:math id="mml-eqn-41" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><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-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denotes the error, <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> represent the approximation solution and the analytical solution at <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, respectively. We now insert <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-41">Eq. (41)</xref> into scheme <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-35">(35)</xref> to obtain
<disp-formula id="ueqn-6">
<mml:math id="mml-ueqn-6" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the truncation error which is expressed as
<disp-formula id="ueqn-7">
<mml:math id="mml-ueqn-7" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</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>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</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>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</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>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</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>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Hence,
<disp-formula id="eqn-42"><label>(42)</label><mml:math id="mml-eqn-42" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mspace width="1em" /><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The leading terms mentioned above are known as the fundamental part of the local truncation error, and we have accepted the truth that <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the solution of the underlying system. Therefore,
<disp-formula id="ueqn-8">
<mml:math id="mml-ueqn-8" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The truncation error, which is generated in every step, is given by <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s8"><label>8</label><title>Convergence of the Numerical Schemes</title>
<p>Now consider that a sequence of computations is carried out using given initial data, with the refinement of three meshes, so that <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Then, the numerical scheme is said to be convergent if, for each fixed point <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> in a chosen domain <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>,
<disp-formula id="eqn-43"><label>(43)</label><mml:math id="mml-eqn-43" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:mrow><mml:mtext>implies</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="1em" /><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>We have established above that the implicit schema is unconditional stability. So, we will show that the implicit schemes are unconditional convergence. Suppose that the error <italic>e</italic> is given by
<disp-formula id="eqn-44"><label>(44)</label><mml:math id="mml-eqn-44" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Now, <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> satisfies the scheme (<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-31">Eq. (31)</xref>) exactly, while <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> omits the error indicated by the truncation error <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p>Hence by using the fact that <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and subtraction, we have
<disp-formula id="eqn-45"><label>(45)</label><mml:math id="mml-eqn-45" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is truncation error (see <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-42">Eq. (42)</xref>). If we suppose that the maximum error for time step is given by
<disp-formula id="eqn-46"><label>(46)</label><mml:math id="mml-eqn-46" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>:=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-46">Eq. (46)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-45">Eq. (45)</xref> yields
<disp-formula id="eqn-47"><label>(47)</label><mml:math id="mml-eqn-47" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since the above inequality holds for each <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we have
<disp-formula id="eqn-48"><label>(48)</label><mml:math id="mml-eqn-48" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since the given initial data is used we can identify <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Hence the inequality is given by
<disp-formula id="eqn-49"><label>(49)</label><mml:math id="mml-eqn-49" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>But <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> as <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then
<disp-formula id="eqn-50"><label>(50)</label><mml:math id="mml-eqn-50" display="block"><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace width="2em" /><mml:mrow><mml:mtext>as</mml:mtext></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Hence, the scheme (<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-31">Eq. (31)</xref>) is convergent as <inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s9"><label>9</label><title>Results and Discussion</title>
<p>In this section, we discuss the results shown in this work. We extract a distinct range of traveling wave structures of the two-dimensional Riemann problems via the generalized exponential rational function method. The obtained solutions are presented in terms of trigonometric and hyperbolic functions. We examine the stability of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">Eq. (18)</xref> over the rectangular domain <inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>40</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>&#x00D7;</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> by applying <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-28">Eqs. (28)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-29">(29)</xref> on this equation. Since <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-30">Eq. (30)</xref> is positive, the exact solutions are stable with the used parameters which are <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.70</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2.20</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The numerical solutions are discussed by employing the finite difference method to convert the underlying problems into the system of ODEs with keeping time derivatives continuous. Then, I solve the resulted ODEs system using the DASPK solver. This method gives reliable and powerful results. This can be clearly seen in the graphical comparisons presented in the above-mentioned figures. For instance, <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Figs. 1</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-2">2</xref> illustrate the behavior of the analytical and numerical solutions for <inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula>, respectively. It can be easily observed from these figures that the solutions nearly have the same behavior. In <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>, the exact and numerical solutions approximately have the same behavior when <inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn></mml:math></inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref> presents the time evolution of <italic>V(x, y, t)</italic> to the traveling wave structures (a) the analytical and (b) the numerical solutions with parameter values <inline-formula id="ieqn-1000"><mml:math id="mml-ieqn-1000"><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-1001"><mml:math id="mml-ieqn-1001"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-1002"><mml:math id="mml-ieqn-1002"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.70</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-1003"><mml:math id="mml-ieqn-1003"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2.20</mml:mn></mml:math></inline-formula>. <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4b</xref> also illustrates the performance of the used approaches. Moreover, <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref> shows acceptable performance for the used numerical technique when a massive number of meshes is used. For example, when we use <inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>120</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the error is high. Nevertheless, the numerical solutions approximately approach the exact solution (blue line) for <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3000</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The stability of the numerical results is investigated using the Fourier technique. Since <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo fence="false" stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-40">Eq. (40)</xref>, the numerical scheme is unconditionally stable. Furthermore, the accuracy of the numerical scheme is of <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p>
<fig id="fig-1"><label>Figure 1</label><caption><title>Surface plot of <italic>V (x, y, t)</italic> presenting the analytical (left) and the numerical (right) solutions&#x2019; evolution in time <italic>t</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;5 using <italic>N</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;3000 with &#x0394;<italic>x</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;0.02 and <italic>M</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;100 with &#x0394;<italic>y</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;0.01. The parameter values are <italic>A</italic><sub>2</sub>&#x2009;&#x003D;&#x2009;1.2, <italic>&#x03B2;</italic> &#x003D; &#x2212;0.5, <italic>&#x03B1;</italic> &#x003D; 2.70, and <italic>&#x03B3;</italic> &#x003D; &#x2212;2.20</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18445-fig-1.png"/></fig><fig id="fig-2"><label>Figure 2</label><caption><title>Surface plot of <italic>V (x, y, t)</italic> presenting the analytical (left) and the numerical (right) solutions&#x2019; evolution in time <italic>t</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;10 using <italic>N</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;3000 with &#x0394;<italic>x</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;0.02 and <italic>M</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;100 with &#x0394;<italic>y</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;0.01. The parameter values are <italic>A</italic><sub>2</sub>&#x2009;&#x003D;&#x2009;1.2, &#x03B2; &#x003D; &#x2212;0.5, &#x03B1; &#x003D; 2.70, and &#x03B3; &#x003D; &#x2212;2.20</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18445-fig-2.png"/></fig><fig id="fig-3"><label>Figure 3</label><caption><title>Surface plot of <italic>V (x, y, t)</italic> presenting the analytical (left) and the numerical (right) solutions&#x2019; evolution in time <italic>t</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;20 using <italic>N</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;3000 with &#x0394;<italic>x</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;0.02 and <italic>M</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;100 with &#x0394;<italic>y</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;0.01. The parameter values are <italic>A</italic><sub>2</sub>&#x2009;&#x003D;&#x2009;1.2, &#x03B2; &#x003D; &#x2212;0.5, &#x03B1; &#x003D; 2.70, and &#x03B3; &#x003D; &#x2212;2.20</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18445-fig-3.png"/></fig><fig id="fig-4"><label>Figure 4</label><caption><title>Time evolution of <italic>V (x, y, t)</italic> to the traveling wave structures (a) the analytical and (b) the numerical solutions with parameter values <italic>A</italic><sub>2</sub>&#x2009;&#x003D;&#x2009;1.2, &#x03B2; &#x003D; &#x2212;0.5, &#x03B1; &#x003D; 2.70, and &#x03B3; &#x003D; &#x2212;2.20. (b) also illustrates the performance of the used approaches</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18445-fig-4.png"/></fig><fig id="fig-5"><label>Figure 5</label><caption><title>Presents a comparison of the numerical results of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-31">Eq. (31)</xref> at <italic>t</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;20 for increasing <italic>N</italic> of the spatial variable <italic>x</italic>. The solid blue line shows the exact solution <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">Eq. (12)</xref>. The parameter values are <italic>A</italic><sub>2</sub>&#x2009;&#x003D;&#x2009;1.2, &#x03B2; &#x003D; &#x2212;0.5, &#x03B1; &#x003D; 2.70, and &#x03B3; &#x003D; &#x2212;2.20. The insets present zoomed-in wave characteristics</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18445-fig-5.png"/></fig>
<p><xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref> illustrates <inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> errors and the CPU times taken to reach <inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The error decreases for large <italic>N</italic> but the method takes more time to give a small error. We begin with <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>120</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.50</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> error stands at <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:mn>5.37</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> during 0.74 min. When we use <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3000</mml:mn></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.02</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the <inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> error dramatically decays and stands at <inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:mn>1.073</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> during 20.63 min. <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref> shows the decay in the <inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> error as <italic>N</italic> increases.</p>
<table-wrap id="table-1"><label>Table 1</label><caption><title><inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> errors and CPU times taken to arrive at <inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn></mml:math></inline-formula></title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula></th>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> error</th>
<th align="left">CPU</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:mn>120</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:mn>5.37</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mspace width="2em" /></mml:math></inline-formula></td>
<td align="left">0.74&#x2005;m</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:mn>600</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.10</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:mn>2.60</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td align="left">4.21&#x2005;m</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:mn>1200</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.05</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:mn>1.420</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td align="left">8.26&#x2005;m</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:mn>3000</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.02</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:mn>1.073</mml:mn><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td align="left">20.63&#x2005;m</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap><fig id="fig-6"><label>Figure 6</label><caption><title>Illustrating L2 errors presenting in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref></title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_18445-fig-6.png"/></fig>
</sec>
<sec id="s10"><label>10</label><title>Conclusion</title>
<p>We have favorably implemented an accurate finite difference method on a uniform mesh and the generalized exponential rational function method for the two-dimensional Riemann problems. The main advantage of the results is to show the traveling wave structures and prove their accuracy using numerical methods. By comparing the exact solutions using the generalized exponential rational function method with those from the numerical scheme, it was said that the numerical results are almost identical to the analytical results. It is well known that the numerical scheme is stable and allows a meaningful reduction in memory requirements. Using a fine mesh in both spatial variables <italic>x</italic> and <italic>y</italic> permits us to resolve the wave-like structures. We can conclude that the used methods can be efficiently applied to more nonlinear evolution models to construct their exact and numerical solutions.</p>
</sec>
</body>
<back>
<fn-group>
<fn fn-type="other"><p><bold>Funding Statement:</bold> The author received no specific funding for this study.</p></fn>
<fn fn-type="conflict"><p><bold>Conflicts of Interest:</bold> The author declares 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="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Cattani</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sulaiman</surname>, <given-names>T. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baskonus</surname>, <given-names>H. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bulut</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Solitons in an in homogeneous Murnaghan&#x2019;s rods</article-title>. <source>The European Physical Journal Plus</source><italic>,</italic> <volume>133</volume><issue>(6)</issue><italic>,</italic> <fpage>228</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjp/i2018-12085-y</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jawad</surname>, <given-names>A. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Petkovic</surname>, <given-names>M. D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Biswas</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Modified simple equation method for nonlinear evolution equations</article-title>. <source>Applied Mathematics and Computation</source><italic>,</italic> <volume>217</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>869</fpage>&#x2013;<lpage>877</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2010.06.030</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Malflieta</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hereman</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>1996</year>). <article-title>The tanh method: Exact solutions of nonlinear evolution and wave equations</article-title>. <source>Physica Scripta</source><italic>,</italic> <volume>54</volume><issue>(6)</issue><italic>,</italic> <fpage>563</fpage>&#x2013;<lpage>568</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0031-8949/54/6/003</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Alharbi</surname>, <given-names>A. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almatrafi</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lotfy</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Constructions of solitary travelling wave solutions for Ito integro-differential equation arising in plasma physics</article-title>. <source>Results in Physics</source><italic>,</italic> <volume>19</volume><italic>,</italic> <fpage>103533</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rinp.2020.103533</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>Gurefe</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Misirli</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pandir</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sonmezoglu</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ekici</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>New exact solutions of the davey-stewartson equation with power-law nonlinearity</article-title>. <source>Bulletin of the Malaysian Mathematical Sciences Society</source><italic>,</italic> <volume>38</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>1223</fpage>&#x2013;<lpage>1234</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40840-014-0075-z</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>Abdelrahman</surname>, <given-names>M. A. E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almatrafi</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alharbi</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Fundamental solutions for the coupled KdV system and its stability</article-title>. <source>Symmetry</source><italic>,</italic> <volume>12</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>429</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/sym12030429</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>Alharbi</surname>, <given-names>A. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almatrafi</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Analytical and numerical solutions for the variant Boussinseq equations</article-title>. <source>Journal of Taibah University for Science</source><italic>,</italic> <volume>14</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>454</fpage>&#x2013;<lpage>462</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/16583655.2020.1746575</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ghanbari</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yusuf</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Inc</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baleanu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>The new exact solitary wave solutions and stability analysis for the (2&#x2009;&#x002B;&#x2009;1)-dimensional Zakharov&#x2013;Kuznetsov equation</article-title>. <source>Advances in Difference Equations</source><italic>,</italic> <volume>49</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>15</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s13662-019-1964-0</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Almatrafi</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alharbi</surname>, <given-names>A. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tun&#x00E7;</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Constructions of the soliton solutions to the good Boussinesq equation</article-title>. <source>Advances in Difference Equations</source><italic>,</italic> <volume>2020</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>629</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s13662-020-03089-8</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>Alharbi</surname>, <given-names>A. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almatrafi</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Seadawy</surname>, <given-names>A. R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Construction of the numerical and analytical wave solutions of the Joseph-Egri dynamical equation for the long waves in nonlinear dispersive systems</article-title>. <source>International Journal of Modern Physics B</source><italic>,</italic> <volume>34</volume><issue>(30)</issue><italic>,</italic> <fpage>2050289</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/S0217979220502896</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>Alharbi</surname>, <given-names>A. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almatrafi</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lotfy</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Constructions of solitary traveling wave solutions for ito integro-differential equation arising in plasma physics</article-title>. <source>Results in Physics</source><italic>,</italic> <volume>19</volume><italic>,</italic> <fpage>103533</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rinp.2020.103533</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>Alharbi</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almatrafi</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Exact and numerical solitary wave structures to the variant Boussinesq system</article-title>. <source>Symmetry</source><italic>,</italic> <volume>12</volume><issue>(9)</issue><italic>,</italic> <fpage>1473</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/sym12091473</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>Alharbi</surname>, <given-names>A. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almatrafi</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>New exact and numerical solutions with their stability for ito integro-differential equation via Riccati&#x2013;Bernoulli sub-ODE method</article-title>. <source>Journal of Taibah University for Science</source><italic>,</italic> <volume>14</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>1447</fpage>&#x2013;<lpage>1456</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/16583655.2020.1827853</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>Alharbi</surname>, <given-names>A. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almatrafi</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Numerical investigation of the dispersive long wave equation using an adaptive moving mesh method and its stability</article-title>. <source>Results in Physics</source><italic>,</italic> <volume>16</volume><italic>,</italic> <fpage>102870</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rinp.2019.102870</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>Alharbi</surname>, <given-names>A. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almatrafi</surname>, <given-names>M. B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Riccati-Bernoulli sub-ODE approach on the partial differential equations and applications</article-title>. <source>International Journal of Mathematics and Computer Science</source><italic>,</italic> <volume>15</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>367</fpage>&#x2013;<lpage>388</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jawad</surname>, <given-names>A. J. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Johnson</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yildirim</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Soliton solutions to coupled nonlinear wave equations in (2&#x2009;&#x002B;&#x2009;1)-dimensions</article-title>. <source>Indian Journal of Physics</source><italic>,</italic> <volume>87</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>281</fpage>&#x2013;<lpage>287</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12648-012-0218-8</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name>Alharbi, A., Almatrafi, M. B.</string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Exact solitary wave and numerical
solutions for geophysical KdV equation</article-title>. <source>Journal of King Saud University-Science</source><italic>,</italic> <volume>34(6)</volume><italic>,</italic> <fpage>102087</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jksus.2022.102087</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>Shao</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Global structure stability of Riemann solutions for linearly degenerate hyperbolic conservation laws under small BV perturbations of the initial data</article-title>. <source>Nonlinear Analysis: Real World Applications</source><italic>,</italic> <volume>11</volume><issue>(5)</issue><italic>,</italic> <fpage>3791</fpage>&#x2013;<lpage>3808</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.nonrwa.2010.02.009</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>Shao</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>The Riemann problem for the relativistic full euler system with generalized chaplygin proper energy density-pressure relation</article-title>. <source>Zeitschrift f&#x00FC;r Angewandte Mathematik und Physik</source><italic>,</italic> <volume>69</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>1420</fpage>&#x2013;<lpage>9039</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00033-018-0937-6</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>H. Q.</given-names></string-name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Symbolic computation and construction of soliton-like solutions to the (2&#x2009;&#x002B;&#x2009;1)-dimensional breaking soliton equation</article-title>. <source>Communications in Theoretical Physics</source><italic>,</italic> <volume>40</volume><issue>(6)</issue><italic>,</italic> <fpage>137</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0253-6102/40/2/137</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>Peng</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>New exact solutions for (2&#x2009;&#x002B;&#x2009;1)-dimensional breaking soliton equation</article-title>. <source>Communications in Theoretical Physics</source><italic>,</italic> <volume>43</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>205</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0253-6102/43/2/004</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>Abdelrahman</surname>, <given-names>M. A. E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alharbi</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Analytical and numerical investigations of the modified camassa-holm equation</article-title>. <source>Pramana Journal</source><italic>,</italic> <volume>95</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>117</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12043-021-02153-6</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>Brown</surname>, <given-names>P. N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hindmarsh</surname>, <given-names>A. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Petzold</surname>, <given-names>L. E.</given-names></string-name></person-group> (<year>1994</year>). <article-title>Using Krylov methods in the solution of large-scale differential-algebraic systems</article-title>. <source>SIAM Journal on Scientific Computing</source><italic>,</italic> <volume>15</volume><issue>(6)</issue><italic>,</italic> <fpage>1467</fpage>&#x2013;<lpage>1488</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/0915088</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chandrasekhar</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>1981</year>). <source>Hydrodynamic and hydromagnetic stability</source>. <publisher-loc>New York, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Dover Publications Inc</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name>Brown, P. N., Hindmarsh, A. C., Petzold, L. R.</string-name></person-group> (<year>1994</year>). <article-title>Using Krylov methods
in the solution of large-scale differential-algebraic systems</article-title>. <source>Society for Industrial and Applied Mathematics Journal on Scientific Computing</source><italic>,</italic> <volume>15(6)</volume><italic>,</italic> <fpage>1467</fpage>&#x2013;<lpage>1488</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/0915088</pub-id>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>






