<?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">19440</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2022.019440</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Stability Analysis of Predator-Prey System with Consuming Resource and Disease in Predator Species</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Stability Analysis of Predator-Prey System with Consuming Resource and Disease in Predator Species</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Stability Analysis of Predator-Prey System with Consuming Resource and Disease in Predator Species</alt-title>
</title-group>
<contrib-group content-type="authors">
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Ejaz</surname><given-names>Asad</given-names>
</name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Nawaz</surname><given-names>Yasir</given-names>
</name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref></contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Arif</surname><given-names>Muhammad Shoaib</given-names>
</name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref><email>marif@psu.edu.sa</email></contrib>
<contrib id="author-4" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Mashat</surname><given-names>Daoud S.</given-names>
</name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref></contrib>
<contrib id="author-5" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Abodayeh</surname><given-names>Kamaleldin</given-names>
</name><xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref></contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>Department of Mathematics, Air University</institution>, <addr-line>PAF Complex E-9, Islamabad, 44000</addr-line>, <country>Pakistan</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>Department of Mathematics, King Abdulaziz University</institution>, <addr-line>Jeddah, 22254</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country></aff>
<aff id="aff-3"><label>3</label><institution>Department of Mathematics and Sciences, College of Humanities and Sciences, Prince Sultan University</institution>, <addr-line>Riyadh, 11586</addr-line>, <country>Saudi Arabia</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Muhammad Shoaib Arif. Email: <email>marif@psu.edu.sa</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub" date-type="pub" iso-8601-date="2022-06-14">
<day>14</day>
<month>06</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<volume>132</volume>
<issue>2</issue>
<fpage>489</fpage>
<lpage>506</lpage>
<history>
<date date-type="received">
<day>24</day>
<month>9</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>13</day>
<month>1</month>
<year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2022 Ejaz et al.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Ejaz et al.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_19440.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>The present study is concerned with formulating a predator-prey eco-epidemiological mathematical model assuming that an infection exists in the predator species. The two classes of predator species (susceptible and infected) compete for the same sources available in the environment with the predation option. It is assumed that the disease does not spread vertically. The proposed model is analyzed for the stability of the coexistence of the predators and prey. The fixed points are carried out, and the coexisting fixed point is studied in detail by constructing the Lyapunov function. The movement of species in search of food or protection in their habitat has a significant influence, examined through diffusion. The ecological influences of self-diffusion on the population density of both species are studied. It is theoretically proved that all the under consideration species can coexist in the same environment. The coexistence fixed point is discussed for both diffusive and non-diffusive cases. Moreover, a numerical scheme is constructed for solving time-dependent partial differential equations. The stability of the scheme is given, and it is applied for solving presently modified eco-epidemiological mathematical model with and without diffusion. The comparison of the constructed scheme with two exiting schemes, Backward in Time and Central in Space (BTCS) and Crank Nicolson, is also given in the form of plots. Finally, we run a computer simulation to determine the effectiveness of the proposed numerical scheme. For readers&#x2019; convenience, a computational code for the proposed discrete model scheme may be made available upon request.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Eco-epidemiology</kwd>
<kwd>self-diffusion</kwd>
<kwd>stability</kwd>
<kwd>Lyapunov function</kwd>
<kwd>proposed numerical scheme</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>The pronounced work of Lotka et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>] in the field of predation prey relationship studies has made this area significant for research purposes. Great attention by scientific society has brought this field to the next level, as evident in population dynamics and mathematical ecology. The pioneering work of Kermack and McKendrick [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>] has opened a new gospel in epidemiology. Following the work of [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>], Maiti et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>] have studied the ratio-dependent predator-prey model and explored this model&#x2019;s stochastic and deterministic features [<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>]. Peculiarly observed four variable balancing points and static factors of the system to understand how the delay affects the system&#x2019;s movements. Moreover, Hopf bifurcation [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>] is discussed by using bifurcation theory.</p>
<p>Wang et al. constructed a model whose stages were constructed on predation prey strategy to study a delay, stage-structured model. This study showed the delay when the prey population was at its immature stage and drew some essential ecological conclusions by analyzing the model in terms of global stability. Considering the study made by Zang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>] and his coworkers examined the eco-epidemiological model and alleged that sickness is spreading among prey populations. This study took standard incidents and observed the behavior of the proposed system in all potential equilibrium to formulate conclusions. Additionally, Haque and coworkers examined Hopf bifurcation theory. Following Holling-Tanner functional response, Haque and venturino did a predation prey study; however, in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>], Yi et al. have investigated the concept of control and configurability in the context of predation prey paradigm of behavior. Some authors have discussed the chaotic and non-chaotic behavior of the dynamical system and presented optimal chaos control to overcome chaotic behavior [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>]. Hyper chaotic behavior of the non-autonomous cardiac conduction system and overcome techniques are discussed in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>]. Some authors investigated the dynamical behavior of tri-atomic molecules using the fractional calculus approach [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>].</p>
<p>Ecology and epidemiology are two distinct fields with fundamental effects on scientific work and society. However, there are numerous parallels between the two fields. Nowadays, scientists have merged both fields to form a new area known as eco-epidemiology that has become increasingly important, as indicated in the studies [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>]. Proposes and analyses a predator-prey system where predators infect prey due to the polluted environment&#x2019;s influence [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>]. Sinha et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>] discovered that diseased prey is more venerable than predators living in a polluted environment. Many writers in the literature suggested eco-epidemiological models that focused solely on disease in the target population [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>]. A Lotka-Volterra type predator-prey system was examined by Johri and colleagues in which an illness infected the prey. They investigated the local and global stability and its plausibility; however, Mukhopadhyaya et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>] investigated how diffusion and delay affected the system&#x2019;s dynamics by considering a prey-predator model with Holling type II functional response. Following their efforts, Greenhalgh et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>] formulated the influence of diffusivity on the stability and persistence focused discussion of the model using a predator-prey model with disease in the prey population. To compare with Hu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>] three-dimensional prey-predator delayed model, Chattopadhyay et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>] created highly organized two and three-dimensional models that articulated the local stability results and compared their findings to Hu and Li&#x2019;s findings. A fractional chaotic system with order two and three nonlinearities is discussed in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>]; moreover, NSFD is suggested for the model. A fractional predator-prey model is investigated in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>] using some uncertain initial conditions, and the authenticity of the proposed model is proved via numerical simulation. In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>], the authors investigated the two-strain epidemic model. They have analyzed the model having two vaccinations. Liu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>] analyzed semi-trivial, infection-free, and predator-free equilibrium situations using the impulsive predator-prey model; however, Naji et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>] examined eco-epidemiology&#x2019;s local and global features of the delayed autonomous predator-prey model. Xiao et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>] has introduced the application of partial differential equation using the predator-prey model with infected prey population known as &#x201C;prey infection system.&#x201D; The researcher realizes conversing prey to predator is constant (i.e., independent of gestation period) if <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> Where <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> are mortality and delay, respectively. Xiao et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>] Elaborated that the delay could have a stable and DE stable effect on the system, narrating the positive and negative equilibrium. Linear models for series RL and RC are studied using truncated M-derivative operators [<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>]. Local asymptotic stability is discussed for transmission dynamics of SARS-Cov-2 [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>]. Numerical simulations are provided using RK-2, RK-4, and Euler methods. Some authors used the technique of optimal control to investigate the stochastic and deterministic Hepatitis B Virus model [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>].</p>
<p>Additional work on ecology and epidemiology can be seen in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>]. Musa et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>] examined the predator-prey system in which the predator population was infected with the pathogen. Their findings showed that infection among predators acts as a counterbalance to the predator of enrichment, and parasites removing themselves from food webs could have disastrous penalties. Biological control and resource management of these parasites were also part of their research. Haque [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>] Proposed that the introduction of the pathogen in the predatory population acts as a biological control that maintains the predator&#x2019;s population. Pal et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>] investigated a model in which predators were infected with the pathogen and determined their instability; however, several studies were based on the pathogenicity of both predator and prey, focusing on local or global equilibrium. Pattern formation like Turing spots and spiral-like structures in the predator-prey system are discussed [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>]. Han et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>], using SIS or SIR, proposed four modifications to the prey-predator model, and the threshold of alterations caused by parasite infections was studied. They looked at models with both standard and mass action incidences, as well as a combination of the two. The global stability for the COVID-19 model is discussed in detail in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>], using actual data of Pakistan. Caputo type differential operator is employed to analyze the linear mass springer damper system [<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>]. Hsieh et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>] introduced a model that examined the pathogenicity of both predator and prey hence measuring a large number of threshold parameters for local analysis of distinct equilibria of the proposed system. They confer that the different combinations of variables may lead the infection to be eradicated from the environment due to the killing of infected prey. Hence, they demonstrated that illness in both populations could either promote or impede coexistence. The precise influence of infection on coexistence must be determined in each situation. After this work is completed, it will be able to propose more applications for the current methodology [<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>]. Some researchers have provided the numerical solution of the predator-prey model through numerical schemes like Adomian Decomposition, El Kalla, etc. The comparison between exact and numerical solutions is also provided in plots [<xref ref-type="bibr" rid="ref-45">45</xref>]. Qureshi et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>] studied the blood ethanol, concentration model. For fractionalizing the model, three different fractional operators are used.</p>
<p>From the available literature, it is found that some authors have discussed in detail the stability of the predator-prey system with common food resources [<xref ref-type="bibr" rid="ref-47">47</xref>]. The authors have considered the stability of the diffusive and kinetic system. We got the main motivation from the literature for the present work to the best of our knowledge. Nobody has discussed the problem of multi-species coexistence, keeping in view the common food resources and infection in one of the two species (predator). Therefore, we formulated a predator-prey model with a common food resource for both the predator and prey under the assumption that a fatal disease exists in the predator. We have proved by constructing the Lyapunov function that for this complex system, both the species predator (Susceptible and Infected) and prey can coexist in the ecosystem with and without diffusion.</p>
<p>Moreover, we have constructed a third-order numerical scheme for the model, and a faster scheme convergence than BTCS and Crank Nicolson is obtained. To the best of our knowledge, such a system considering disease and common food resources is not much discussed in the literature. We are hopeful that this particular research has an attraction for the eco-epidemiologists because they can better understand the complex behavior of species in the ecosystem by looking at the stability part in <xref ref-type="sec" rid="s3">Sections 3</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s4">4</xref>. This particular study focuses on the coexistence of both species in the presence of disease in the predator for both diffusive and non-diffusive cases.</p>
<p>The present investigation provides a multi-species eco-epidemiological model discussing the existence of all species, which is the key result in such models. The findings in the present study show the survival of all the species in the same habitat. Some phase portraits are presented to show the behavior of species. Additionally, a faster convergence scheme is developed, which gives better results as compared to some existing schemes. The proposed scheme can help study such models.</p>
<p>The current study focuses on the formulation and analysis of the epidemiological predator-prey model in the sequence described here. <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> deals with the formulation of the multi-species model under the assumption that predator species have some fatal disease that can spread from predator to predator only. Moreover, the two classes of predators compete for the common food resources and the predation option. <xref ref-type="sec" rid="s3">Sections 3</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s4">4</xref> deal with the stability of the model for both non-diffusive and diffusive cases, respectively. For the sake of simulations, we constructed a third-order numerical scheme for the solution of the model in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>. The stability of the proposed scheme is also proved in the same section using the Von Neumann stability technique. In <xref ref-type="sec" rid="s6">Section 6</xref>, numerical simulations are performed, and a comparison of the constructed scheme with Backward in Time and Central in Space and Crank Nicolson is displayed in the form of plots. <xref ref-type="sec" rid="s7">Section 7</xref> presents the discussion on the plots and findings of the present study, whereas the conclusion is provided in <xref ref-type="sec" rid="s8">Section 8</xref>. Finally, some future directions are suggested in the last part of this research.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>Model Formulation</title>
<p>The ecosystem is a complex natural structure where interacting species affect the whole environment and the existing species. Many species depend on the same resources, which gives rise to competition among them. Moreover, the interacting species are at the danger of infectious diseases in the real environment. Many researchers presented mathematical models to discuss the effects of infection on population density. The infections are so critical that they disturb the whole ecosystem. This problem motivated several investigators to put their model to study the population dynamics effectively. Here we propose a model to study the predator-prey system. The assumption of the models are as under:</p>
<p>H<sub>1</sub>: The predator species have two classes; susceptible and infected class.</p>
<p>H<sub>2</sub>: The disease can only spread from predator to predator, and the disease is mortal.</p>
<p>H<sub>3</sub>: The transmission is non-vertical.</p>
<p>H<sub>4</sub>: The predator classes depend on the same food resource f with different consumption rates a and b, respectively; additionally, both classes have predation activity as well.</p>
<p>In the light of the above assumptions, we take <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> as the predators (susceptible and infected) population density and V(t) as prey population density at any time t. Here we assume that <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the total population density of predator species.</p>
<p>The above assumptions lead to the following model:</p>
<p><disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></disp-formula>is the set of initial conditions. Here <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the natural mortality rates of the predator and prey population, respectively, whereas &#x00B5; is the death rate of an infected predator due to disease, f stands for the same food resources for both predator classes; and <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> are the consumption rates for susceptible and infected predators. The parameters <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;and&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> respectively represent the predations rates for both predator classes, whereas &#x03B2; stands for the transmission rate of infection from infected predators to susceptible predators. The parameter <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> displays the food resources for the prey population, and <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the consumption rate. Moreover, due to infection, the mortality rate of infected predators is high as compared to the susceptible class.</p>
<p>We can rewrite the above system of equations as</p>
<p><disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here the parameter <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> stands for the death rate of infected predators. It is obvious from the above discussion that <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> &#x003E; <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Stability for the Predator-Prey System of Equations</title>
<p>In the present section, we compute the equilibria of the system. The equilibrium points are simply the solutions of the following system of equations:</p>
<p><disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>One can solve the above system of equations to find the equilibrium points which are</p>
<p><disp-formula id="ueqn-11"><mml:math id="mml-ueqn-11" display="block"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>f</mml:mi><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>f</mml:mi><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="ueqn-12"><mml:math id="mml-ueqn-12" display="block"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="ueqn-13"><mml:math id="mml-ueqn-13" display="block"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="ueqn-14"><mml:math id="mml-ueqn-14" display="block"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="ueqn-15"><mml:math id="mml-ueqn-15" display="block"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>f</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>In the present section, we study the stability of the fixed point, which deals with the coexistence of all the species. The existence condition for equilibrium point is</p>
<p><disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:msup><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Theorem 1:</bold> Let <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> and f be positive and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-11">(11)</xref> holds then <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">(5)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">(7)</xref> is stable in</p>
<p><disp-formula id="ueqn-20"><mml:math id="mml-ueqn-20" display="block"><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Proof:</bold> We construct the Lyapunov function to determine the stability of the coexistence equilibrium point <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Consider the following:</p>
<p><disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:math></disp-formula></p>
<p>By taking derivative with respect to &#x201C;<inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>&#x201D;, we have</p>
<p><disp-formula id="ueqn-22"><mml:math id="mml-ueqn-22" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="ueqn-23"><mml:math id="mml-ueqn-23" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>After some simplification, we get</p>
<p><disp-formula id="ueqn-24"><mml:math id="mml-ueqn-24" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>The above result proves the Lyapunov stability for the system of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">Eqs. (5)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">(7)</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Stability for Diffusive System</title>
<p>The dynamical population model, random walk influences the structure of the habitat. This movement can be varied from one place to the other depending on the factors like food resources and protection in the environment. In addition, species can vary with respect to density in the area they live. The following section presents the effect of diffusion on the coexistence of species.</p>
<sec id="s4_1">
<label>4.1</label>
<title>Global Stability for the Self-Diffusive System</title>
<p>The self-diffusion system for <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-5">(5)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">(7)</xref> can be written as</p>
<p><disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x25B3;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03F5;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x25B3;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03F5;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x25B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03F5;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>&#x03F5;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula></p>
<p>Here <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> respectively represent the population density of susceptible predator, infected predator, and prey at location x <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mi>&#x03F5;</mml:mi></mml:math></inline-formula> <roman>&#x03A9;</roman> and time t. Here <roman>&#x03A9;</roman> represents the bounded domain having smooth boundary <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi></mml:math></inline-formula><roman>&#x03A9;</roman>, and <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the outward unit normal on the smooth boundary. The Neumann boundary conditions show the zero population flux across the boundary.</p>
<p>The initial condition is as under</p>
<p><disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are non-negative self-diffusion parameters. According to Hollis results, the solution to the above system has global existence and boundedness [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>]. The self-diffusive system has an equilibrium point <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> under the assumption (<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-11">11</xref>).</p>
<p><bold>Theorem 2</bold> Let <roman>&#x03A9;</roman> be bounded domain with smooth boundary <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi></mml:math></inline-formula><roman>&#x03A9;</roman>. Suppose <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and f be positive and (<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-11">11</xref>) holds then <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-14">(14)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">(16)</xref> is stable in</p>
<p><disp-formula id="ueqn-31"><mml:math id="mml-ueqn-31" display="block"><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Proof. It is obvious that <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> are the invariant manifolds. We establish the Lyapunov function to determine the global stability for the self-diffusive system as under</p>
<p><disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></disp-formula></p>
<p>Now taking derivative with respect to &#x201C;<inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>&#x201D; on both sides, we get</p>
<p><disp-formula id="ueqn-33"><mml:math id="mml-ueqn-33" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="ueqn-34"><mml:math id="mml-ueqn-34" display="block"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x25B3;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="ueqn-35"><mml:math id="mml-ueqn-35" display="block"><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x25B3;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="ueqn-36"><mml:math id="mml-ueqn-36" display="block"><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x25B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2207;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>b</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>From</p>
<p><disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>Hence <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is globally stable.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Construction of Numerical Scheme</title>
<p>An implicit scheme on three-time levels is constructed. The construction of the scheme is started with the difference equation given as</p>
<p><disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The Taylor series expansions for <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are given as</p>
<p><disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-32"><label>(32)</label><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting Taylor series expansions <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-30">(30)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">(33)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-29">Eq. (29)</xref>, we obtain the following:</p>
<p><disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Comparison of coefficients of <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> on both sides of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">Eq. (34)</xref> leads to the following:</p>
<p><disp-formula id="eqn-35"><label>(35)</label><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-36"><label>(36)</label><mml:math id="mml-eqn-36" display="block"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-37"><label>(37)</label><mml:math id="mml-eqn-37" display="block"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>8</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-38"><label>(38)</label><mml:math id="mml-eqn-38" display="block"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>24</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>Solving <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-35">Eqs. (35)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-38">(38)</xref> gives the values of an unknown parameters <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mi>e</mml:mi></mml:math></inline-formula> as</p>
<p><disp-formula id="eqn-39"><label>(39)</label><mml:math id="mml-eqn-39" display="block"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>19</mml:mn><mml:mn>48</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>5</mml:mn><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>48</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<sec id="s5_1">
<label>5.1</label>
<title>Stability Analysis</title>
<p>The stability of the numerical scheme for the diffusive system is checked by applying the Von Neumann stability criterion. For this criterion, the difference equation obtained by applying a numerical scheme is transformed to another equation containing amplitudes and phase angle of the waves. After that, stability condition is imposed on the obtained equation, which is based on the quotient of amplitudes of the wave at ``<inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><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:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>'' and <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> levels. For starting the stability procedure, consider the following diffusive linear predator-prey equation having the form:</p>
<p><disp-formula id="eqn-40"><label>(40)</label><mml:math id="mml-eqn-40" display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></disp-formula></p>
<p>The discretization of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-40">Eq. (40)</xref> using the presented scheme is given as</p>
<p><disp-formula id="eqn-41"><label>(41)</label><mml:math id="mml-eqn-41" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</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>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</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>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>According to Von Neumann stability criterion, consider the following transformations:</p>
<p><disp-formula id="eqn-42"><label>(42)</label><mml:math id="mml-eqn-42" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x00B1;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;where&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msqrt></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting transformations <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-42">(42)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-41">Eq. (41)</xref>, the following is obtained:</p>
<p><disp-formula id="eqn-43"><label>(43)</label><mml:math id="mml-eqn-43" display="block"><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Dividing both sides of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-43">Eq. (43)</xref> by <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03C8;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> yields</p>
<p><disp-formula id="eqn-44"><label>(44)</label><mml:math id="mml-eqn-44" display="block"><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>b</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>e</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Collecting coefficients of <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> on the left-hand side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-44">Eq. (44)</xref> provides</p>
<p><disp-formula id="eqn-45"><label>(45)</label><mml:math id="mml-eqn-45" display="block"><mml:mstyle mathsize="0.85em"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mstyle></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-45">Eq. (45)</xref> can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-46"><label>(46)</label><mml:math id="mml-eqn-46" display="block"><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-47"><label>(47)</label><mml:math id="mml-eqn-47" display="block"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mtext>and</mml:mtext></mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>&#x03C8;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mover><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since the presented numerical scheme is constructed on three-time levels, one more equation is required to get an amplification matrix. An additional equation is expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-48"><label>(48)</label><mml:math id="mml-eqn-48" display="block"><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula></p>
<p>System of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-46">Eqs. (46)</xref> &#x0026; <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-48">(48)</xref> can be expressed in the following matrix-vector equation:</p>
<p><disp-formula id="eqn-49"><label>(49)</label><mml:math id="mml-eqn-49" display="block"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The amplification factor is a matrix, and the stability conditions can be imposed on the Eigenvalue of the amplification matrix and these conditions are expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-50"><label>(50)</label><mml:math id="mml-eqn-50" display="block"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>B</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><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:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msqrt><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>B</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>The scheme will be stable if it satisfies inequalities <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-50">(50)</xref> for positive eigenvalues of the amplification matrix, and if the eigenvalues of an amplification matrix are negative, then the stability condition is expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-51"><label>(51)</label><mml:math id="mml-eqn-51" display="block"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">&#x0026;</mml:mi><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> are expressed in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-47">(47)</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<label>6</label>
<title>Numerical Simulation</title>
<p>The presented third-order multistep finite difference scheme can efficiently be applied for solving the eco-epidemiological population model. Here, this scheme will be applied for the numerical simulation of the model presented in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">(17)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">(19)</xref>. The model presentation under the scheme applied is given as</p>
<p><disp-formula id="eqn-52"><label>(52)</label><mml:math id="mml-eqn-52" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</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>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</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>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-53"><label>(53)</label><mml:math id="mml-eqn-53" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</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>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</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>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-54"><label>(54)</label><mml:math id="mml-eqn-54" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</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>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</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>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>33</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</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>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</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>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>cg</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>The above <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-52">Eqs. (52)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-54">(54)</xref> give the discretization of the diffusive system.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<label>7</label>
<title>Discussion</title>
<p>We presented an eco-epidemiological model for the predator-prey system in the present study. Two classes of predator species (susceptible and infected) with disease transmission from predator to predator are considered. The transmission of infection is supposed to be non-vertical in the present research. We have proved the coexistence of predator and prey in the same habitat. <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Figs. 1</xref> &#x0026; <xref ref-type="fig" rid="fig-2">2</xref> show the convergence of three numerical schemes for the modified model of the eco-epidemiological diffusive mathematical model using different parameter values. It is clear from the plot that faster convergence is obtained using the proposed numerical scheme. The maximum number of norms for each <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-52">Eqs. (52)</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-54">(54)</xref> is determined over the number of iterations used by each scheme, and <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Figs. 1</xref> &#x0026; <xref ref-type="fig" rid="fig-2">2</xref> illustrate the convergence speed. Since the proposed scheme is third-order accurate, it converges faster than existing first and second-order schemes in time. It is to be noted that the second-order central space discretization is used for three schemes. <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Figs. 3</xref> &#x0026; <xref ref-type="fig" rid="fig-4">4</xref> demonstrate the comparison of solutions obtained by utilizing three numerical schemes over time considering two different data sets, while <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Figs. 5</xref> &#x0026; <xref ref-type="fig" rid="fig-6">6</xref> show the comparison of schemes over the spatial coordinate <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The phase portraits for the ODEs model are given in <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Figs. 7</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-9">9</xref> that express the relationships between <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> &#x0026; <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The initial conditions for drawing phase portraits are obtained in the interval <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><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>. In <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Figs. 1</xref> &#x0026; <xref ref-type="fig" rid="fig-2">2</xref>, <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>,<inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> &#x0026; <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula> respectively show the number of grid points, the number of time levels, final time, and length of the domain.</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>Convergence of three schemes using <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>300</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19440-fig-1.png"/>
</fig>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>Convergence of three schemes</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19440-fig-2.png"/>
</fig>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>Comparison of three schemes over time using <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19440-fig-3.png"/>
</fig>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>Comparison of three schemes over time using <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19440-fig-4.png"/>
</fig>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Comparison of three schemes over space variable using <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19440-fig-5.png"/>
</fig>

<fig id="fig-6">
<label>Figure 6</label>
<caption>
<title>Comparison of three schemes over space variable using <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19440-fig-6.png"/>
</fig>
<fig id="fig-7">
<label>Figure 7</label>
<caption>
<title>Phase portrait of susceptible and infected predators <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> &#x0026; <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> using <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19440-fig-7.png"/>
</fig>
<fig id="fig-8">
<label>Figure 8</label>
<caption>
<title>Phase portrait of infected predators and prey population density <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> &#x0026; <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> using <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19440-fig-8.png"/>
</fig>
<fig id="fig-9">
<label>Figure 9</label>
<caption>
<title>Phase portrait of susceptible predators and prey population density <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> &#x0026; <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> using <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>15</mml:mn></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_19440-fig-9.png"/>
</fig>
<p>First six <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Figs. 1</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-6">6</xref> compare the presented numerical scheme with existing first and second-order schemes. The comparison is made in faster convergence to get the converged solution. If the scheme stops earlier than other schemes, it consumes fewer iterations than the other schemes. The faster convergence is obtained due to the higher order of accuracy of the proposed scheme than existing schemes. Therefore, the targeted solution is obtained by consuming fewer numbers of iterations. Also, the comparison is made by finding solutions of the considered model with diffusion effects over time and space coordinates. Solutions to the presented model are obtained by applying three different schemes. The change in the three solutions can be seen in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Figs. 3</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-6">6</xref>. Again, the effect of using a higher order scheme can be observed in these figures. Since only straight lines can be seen for the solutions of the considered model over space coordinate <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>, this does not mean that solution is always just a straight line. The more detailed behavior of the solution over space coordinate <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be seen when it is formed only for a single scheme in one plot. So, in this manner, the solution in the form of some curves can be seen.</p>
<p>The solution curves are straight, showing that a very small change in the solution is found when it is drawn on the space coordinate <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>. So, the effect of adding diffusion term in the ODEs model produces a small change in the solution over spatial variable <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The rest of <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Figs. 7</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-9">9</xref> shows the phase portrait that shows relationships between the predator and prey. Every curve in these <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Figs. 7</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-9">9</xref> shows the relationship between a mentioned category of predator and prey corresponding to chosen initial conditions. An increase or decrease in any predator or prey categories can be seen over the increase in the corresponding drawn categories.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<label>8</label>
<title>Conclusion</title>
<p>In the present article, we have proposed a dynamical non-linear eco-epidemiological population model considering two species, the predators (susceptible and infected) and prey, assuming the dependence of the predator classes (susceptible and infected) on the same food resource f. Additionally, a fatal transmissible disease was considered in the predator species, which only spread non vertically in the predator species. The equilibrium points of the model were calculated and analyzed for stability. The model was further studied by incorporating diffusion into the system. The stability of coexistence equilibrium points was proved theoretically by constructing the Lyapunov function. We have proved that the coexisting equilibrium point <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>V</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is stable for the original and self-diffusive system. We have constructed a numerical scheme that is successfully applied for solving the eco-epidemiological mathematical model. The third-order accuracy was obtained in the construction of the scheme, and it provided faster convergence when it was compared with first and second-order accurate (in-time) schemes.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack><p>We thank anonymous referees always warmly. The third and fifth authors wish to express their gratitude to Prince Sultan University for facilitating the publication of this article through the research lab Theoretical and Applied Sciences Lab.</p></ack>
<fn-group>
<fn fn-type="other"><p><bold>Future Directions:</bold> In the present work, we have formulated a model using first-order ordinary differential equations and analyzed the stability of coexisting fixed points. The present work can be investigated using a stochastic approach in the future. Moreover, a Non-Standard Finite Difference Scheme can be used for numerical simulation and authentication of the model. Mathematical analysis of the model can be extended to further investigate bifurcation in the model.</p></fn>
<fn fn-type="other"><p><bold>Funding Statement:</bold> The authors would like to acknowledge the support of Prince Sultan University for paying the Article Processing Charges (APC) of this publication.</p></fn>
<fn fn-type="conflict"><p><bold>Conflicts of Interest:</bold> The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p></fn>
</fn-group>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Volterra</surname>, <given-names>V.</given-names></string-name></person-group> (<year>1926</year>). <article-title>Variazioni e fluttuazioni del numero d&#x2019;individui in specie animali conviventi</article-title>. <source>Memoria della Reale Accademia Nazionale dei Lincei</source><italic>,</italic> <volume>2</volume><italic>,</italic> <fpage>31</fpage>&#x2013;<lpage>113</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lotka</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>1925</year>). <source>Elements of physical biology</source>. <publisher-loc>Baltimore</publisher-loc>: <publisher-name>Williams and Wilkins</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Kermack</surname>, <given-names>W. O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>McKendrick</surname>, <given-names>A. G.</given-names></string-name></person-group> (<year>1927</year>). <article-title>A contribution to the mathematical theory of epidemics</article-title>. <source>Proceedings of the Royal Society A</source><italic>,</italic> <volume>115</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>700</fpage>&#x2013;<lpage>721</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.1927.0118</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>Maiti</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jana</surname>, <given-names>M. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Samanta</surname>, <given-names>G. P.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Deterministic and stochastic analysis of a ratio-dependent predator-prey system with delay</article-title>. <source>Nonlinear Analysis: Modelling and Control</source><italic>,</italic> <volume>12</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>383</fpage>&#x2013;<lpage>398</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.15388/NA.2007.12.3.14700</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>Wang</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kuang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ding</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Stability and bifurcation of a stage-structured predator-prey model with both discrete and distributed delays</article-title>. <source>Chaos, Solitons &#x0026; Fractals</source><italic>,</italic> <volume>46</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>19</fpage>&#x2013;<lpage>27</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2012.10.003</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>Haque</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jin</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Venturino</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>An eco-epidemiological predator-prey model with standard disease incidence</article-title>. <source>Mathematical Methods in the Applied Sciences</source><italic>,</italic> <volume>32</volume><italic>(</italic><issue>7</issue><italic>),</italic> <fpage>875</fpage>&#x2013;<lpage>898</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/mma.1071</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>Haque</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Venturino</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>The role of transmissible diseases in Holling-Tanner predator-prey model</article-title>. <source>Theoretical Population Biology</source><italic>,</italic> <volume>70</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>273</fpage>&#x2013;<lpage>288</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tpb.2006.06.007</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>Yi-min</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yan</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>The control and the reconfigurable control for prey-predator ecosystem with time delay</article-title>. <source>Applied Mathematical Modelling</source><italic>,</italic> <volume>33</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>148</fpage>&#x2013;<lpage>160</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apm.2007.10.024</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>Baleanu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sajjadi</surname>, <given-names>S. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jajarmi</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Defterli</surname>, <given-names>&#x00D6;.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>On a nonlinear dynamical system with both chaotic and nonchaotic behaviors: A new fractional analysis and control</article-title>. <source>Advances in Difference Equations</source><italic>,</italic> <volume>2021</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>17</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s13662-021-03393-x</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>Baleanu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sajjadi</surname>, <given-names>S. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Asad</surname>, <given-names>J. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jajarmi</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Estiri</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Hyperchaotic behaviors, optimal control, and synchronization of a nonautonomous cardiac conduction system</article-title>. <source>Advances in Difference Equations</source><italic>,</italic> <volume>2021</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>24</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s13662-021-03320-0</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>Baleanu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sajjadi</surname>, <given-names>S. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jajarmi</surname>, <given-names>A. M. I. N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Defterli</surname>, <given-names>O. Z. L. E. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Asad</surname>, <given-names>J. H.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>The fractional dynamics of a linear triatomic molecule</article-title>. <source>Romanian Reports in Physics</source><italic>,</italic> <volume>73</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>13</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Naji</surname>, <given-names>R. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mustafa</surname>, <given-names>A. N.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>The dynamics of an eco-epidemiological model with non-linear incidence rate</article-title>. <source>Journal of Applied Mathematics</source><italic>,</italic> <volume>2012</volume><italic>,</italic> <fpage>24</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2012/852631</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>Jang</surname>, <given-names>S. R. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baglama</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Continuous-time predator-prey models with parasites</article-title>. <source>Journal of Biological Dynamics</source><italic>,</italic> <volume>3</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>87</fpage>&#x2013;<lpage>98</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/17513750802283253</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>Sinha</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Misra</surname>, <given-names>O. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dhar</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Modelling a predator-prey system with infected prey in polluted environment</article-title>. <source>Applied Mathematical Modelling</source><italic>,</italic> <volume>34</volume><italic>(</italic><issue>7</issue><italic>),</italic> <fpage>1861</fpage>&#x2013;<lpage>1872</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apm.2009.10.003</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>Jana</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kar</surname>, <given-names>T. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Modeling and analysis of a prey-predator system with disease in the prey</article-title>. <source>Chaos, Solitons &#x0026; Fractals</source><italic>,</italic> <volume>47</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>42</fpage>&#x2013;<lpage>53</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2012.12.002</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Johri</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Trivedi</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sisdiya</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Singh</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jain</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Study of a prey-predator model with diseased prey</article-title>. <source>International Journal of Contemporay Mathematical Sciences</source><italic>,</italic> <volume>7</volume><italic>(</italic><issue>10</issue><italic>),</italic> <fpage>489</fpage>&#x2013;<lpage>498</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Mukhopadhyaya</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bhattacharyya</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Dynamics of a delay-diffusion prey-predator model with disease in the prey</article-title>. <source>Journal of Applied Mathematics and Computing</source><italic>,</italic> <volume>17</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>361</fpage>&#x2013;<lpage>377</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF02936062</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>Greenhalgh</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Haque</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>A predator-prey model with disease in the prey species only</article-title>. <source>Mathematical Methods in Applied Sciences</source><italic>,</italic> <volume>30</volume><italic>(</italic><issue>8</issue><italic>),</italic> <fpage>911</fpage>&#x2013;<lpage>929</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/(ISSN)1099-1476</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>Hu</surname>, <given-names>G. P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>X. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Stability and Hopf bifurcation for a delayed predator-prey model with disease in the prey</article-title>. <source>Chaos, Solitons &#x0026; Fractals</source><italic>,</italic> <volume>45</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>229</fpage>&#x2013;<lpage>237</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.chaos.2011.11.011</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>Chattopadhyay</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Arino</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name></person-group> (<year>1999</year>). <article-title>A predator-prey model with disease in prey</article-title>. <source>Nonlinear Analysis: Theory, Methods and Applications</source><italic>,</italic> <volume>36</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>747</fpage>&#x2013;<lpage>766</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0362-546X(98)00126-6</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>Baleanu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zibaei</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Namjoo</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jajarmi</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A non-standard finite difference scheme for the modelling and non-identical synchronization of a novel fractional chaotic system</article-title>. <source>Advances in Difference Equations</source><italic>,</italic> <volume>2021</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>19</lpage>, 308. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s13662-021-03454-1</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>Narayanamoorthy</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baleanu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Thangapandi</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Perera</surname>, <given-names>S. S. N.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Analysis for fractional-order predator-prey model with uncertainty</article-title>. <source>IET Systems Biology</source><italic>,</italic> <volume>13</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>277</fpage>&#x2013;<lpage>289</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1049/iet-syb.2019.0055</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>Yusuf</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qureshi</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Inc</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Aliyu</surname>, <given-names>A. I.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baleanu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Two-strain epidemic model involving fractional derivative with Mittage-Leffer kernel</article-title>. <source>Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science</source><italic>,</italic> <volume>28</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>123121</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5074084</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jin</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Haque</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>An impulsive predator-prey model with communicable disease in the prey species only</article-title>. <source>Nonlinear Analysis: Real World Applications</source><italic>,</italic> <volume>10</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>3098</fpage>&#x2013;<lpage>3111</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.nonrwa.2008.10.010</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Naji</surname>, <given-names>R. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hasan</surname>, <given-names>K. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>The dynamics of prey-predator model with disease in the prey</article-title>. <source>Journal of Mathematics and Computer Science</source><italic>,</italic> <volume>2</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>1052</fpage>&#x2013;<lpage>1072</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Samanta</surname>, <given-names>G. P.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Analysis of a delay non-autonomous predator-prey system with disease in the prey</article-title>. <source>Nonlinear Analysis: Modelling and Control</source><italic>,</italic> <volume>15</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>97</fpage>&#x2013;<lpage>108</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.15388/NA.2010.15.1.14367</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Xiao</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Modeling and analysis of a predator-prey model with disease in the prey</article-title>. <source>Mathematical Biosciences</source><italic>,</italic> <volume>171</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>59</fpage>&#x2013;<lpage>82</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0025-5564(01)00049-9</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>28.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Qureshi</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chang</surname>, <given-names>M. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shaikh</surname>, <given-names>A. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Analysis of series RL and RC circuits with time-invariant source using truncated M, atangana beta and conformable derivatives</article-title>. <source>Journal of Ocean Engineering and Science</source><italic>,</italic> <volume>6</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>217</fpage>&#x2013;<lpage>227</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.joes.2020.11.006</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>29.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Musa</surname>, <given-names>S. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baba</surname>, <given-names>I. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yusuf</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sulaiman</surname>, <given-names>T. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Aliyu</surname>, <given-names>A. I.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Transmission dynamics of SARS-Cov-2: A modeling analysis with high and moderate risk population</article-title>. <source>Results in Physics</source><italic>,</italic> <volume>26</volume><italic>(</italic><issue>102</issue><italic>),</italic> <fpage>104290</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rinp.2021.104290</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>30.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Din</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yusuf</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Stochastic optimal control analysis for the hepatitis B epidemic model</article-title>. <source>Result in Physics</source><italic>,</italic> <volume>26</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>104372</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rinp.2021.104372</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>31.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hilker</surname>, <given-names>F. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Schmitz</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Disease-induced stabilization of predator prey oscillations</article-title>. <source>Journal of Theoretical Biology</source><italic>,</italic> <volume>255</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>299</fpage>&#x2013;<lpage>306</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jtbi.2008.08.018</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>32.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Haque</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>A predator-prey model with disease in the predator</article-title>. <source>Nonlinear Analysis: Real World Applications</source><italic>,</italic> <volume>11</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>2224</fpage>&#x2013;<lpage>2236</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.nonrwa.2009.06.012</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>33.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Pal</surname>, <given-names>P. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Haque</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mandal</surname>, <given-names>P. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2003</year>). <article-title>Dynamics of a predator prey model with disease in the predator</article-title>. <source>Mathematical Methods in the Applied Scinces</source><italic>,</italic> <volume>37</volume><italic>(</italic><issue>16</issue><italic>),</italic> <fpage>2429</fpage>&#x2013;<lpage>2450</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/mma.2988</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>34.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Owolabi</surname>, <given-names>K. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Karaagac</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baleanu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Pattern formation in superdiffusion predator-prey-like problems with integer-and noninteger-order derivatives</article-title>. <source>Mathematical Methods in the Applied Sciences</source><italic>,</italic> <volume>44</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>4018</fpage>&#x2013;<lpage>4036</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/mma.7007</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-35"><label>35.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Han</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhien</surname>, <given-names>M. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Four predator prey models with infectious diseases</article-title>. <source>Mathematical and Computer Modelling</source><italic>,</italic> <volume>34</volume><italic>(</italic><issue>7&#x2013;8</issue><italic>),</italic> <fpage>849</fpage>&#x2013;<lpage>858</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0895-7177(01)00104-2</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-36"><label>36.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Peter</surname>, <given-names>O. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qureshi</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yusuf</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Al-Shomrani</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Idowu</surname>, <given-names>A. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A new mathematical model of COVID-19 using real data from Pakistan</article-title>. <source>Results in Physics</source><italic>,</italic> <volume>24</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>104098</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rinp.2021.104098</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-37"><label>37.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Qureshi</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Fox H-functions as exact solutions for Caputo type mass spring damper system under Sumudu transform</article-title>. <source>Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>20</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>83</fpage>&#x2013;<lpage>89</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.17512/jamcm.2021.1.08</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-38"><label>38.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hsieh</surname>, <given-names>Y. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hsiao</surname>, <given-names>C. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Predator-prey model with disease infection in both populations</article-title>. <source>Mathematical Medicine and Biology</source><italic>,</italic> <volume>25</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>247</fpage>&#x2013;<lpage>266</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/imammb/dqn017</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-39"><label>39.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nawaz</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Arif</surname>, <given-names>M. S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Modified class of explicit and enhanced stability region schemes: Application to mixed convection flow in a square cavity with a convective wall</article-title>. <source>International Journal for Numerical Methods in Fluids</source><italic>,</italic> <volume>93</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>1759</fpage>&#x2013;<lpage>1787</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/fld.4951</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-40"><label>40.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nawaz</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Arif</surname>, <given-names>M. S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A new class of a-stable numerical techniques for ordinary differential equations: Application to boundary-layer flow</article-title>. <source>Thermal Sciences</source><italic>,</italic> <volume>25</volume><italic>(</italic><issue>3A</issue><italic>),</italic> <fpage>1665</fpage>&#x2013;<lpage>1675</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.2298/TSCI190926097N</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-41"><label>41.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nawaz</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Arif</surname>, <given-names>M. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nazeer</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A class of second-order schemes with application to chemically reactive radiative natural convection flow in a rectangular enclosure</article-title>. <source>International Journal of Numerical Methods in Fluids</source><italic>,</italic> <volume>93</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>3161</fpage>&#x2013;<lpage>3186</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/fld.5027</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-42"><label>42.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nawaz</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Arif</surname>, <given-names>M. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bibi</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abbasi</surname>, <given-names>J. N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Javed</surname>, <given-names>U.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A finite difference method and effective modification of gradient descent optimization algorithm for MHD fluid flow over a linearly stretching surface</article-title>. <source>Computer, Materials &#x0026; Continua</source><italic>,</italic> <volume>62</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>657</fpage>&#x2013;<lpage>677</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.32604/cmc.2020.08584</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-43"><label>43.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nawaz</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Arif</surname>, <given-names>M. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shatanawi</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nazeer</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>An explicit fourth-order compact numerical scheme for heat transfer of boundary layer flow</article-title>. <source>Energies</source><italic>,</italic> <volume>14</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>3396</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/en14123396</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-44"><label>44.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Elettreby</surname>, <given-names>M. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nabil</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khawagi</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Stability and bifurcation analysis of a discrete predator-prey model with mixed holling interaction</article-title>. <source>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</source><italic>,</italic> <volume>122</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>907</fpage>&#x2013;<lpage>921</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2020.08664</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-45"><label>45.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Khater</surname>, <given-names>M. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Almohsen</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baleanu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Inc</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Numerical simulations for the predator-prey model as a prototype of an excitable system</article-title>. <source>Numerical Methods for Partial Differential Equations</source><italic>,</italic> <volume>2020</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>20</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/num.22708</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-46"><label>46.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Qureshi</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yusuf</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shaikh</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>Fractional modeling of blood ethanol concentration system with real data application</article-title>. <source>Chaos</source><italic>,</italic> <volume>29</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>013143</fpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.5082907</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-47"><label>47.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Fang</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>The global stability and pattern formations of a predator prey system with consuming resource</article-title>. <source>Applied Mathematics Letters</source><italic>,</italic> <volume>58</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>49</fpage>&#x2013;<lpage>55</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aml.2016.01.020</pub-id>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>
