<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<?covid-19-tdm?>
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2023.1029018</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Applied Mathematics and Statistics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Vaccination and variants: A COVID-19 multi-strain model evolution for the Philippines</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Campos</surname> <given-names>Harren J.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Raza</surname> <given-names>Michelle N.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2155806/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Arcede</surname> <given-names>Jayrold P.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1666647/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Martinez</surname> <given-names>Joey Genevieve T.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff4"><sup>4</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff5"><sup>5</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Caga-anan</surname> <given-names>Randy L.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff5"><sup>5</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff6"><sup>6</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1666639/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Mathematics Department, Mindanao State University-Main Campus</institution>, <addr-line>Marawi City</addr-line>, <country>Philippines</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Division of Natural Sciences and Mathematics, University of the Philippines Visayas Tacloban College</institution>, <addr-line>Tacloban City</addr-line>, <country>Philippines</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Mathematics Department, Caraga State University</institution>, <addr-line>Butuan City</addr-line>, <country>Philippines</country></aff>
<aff id="aff4"><sup>4</sup><institution>Department of Biological Sciences, Mindanao State University-Iligan Institute of Technology</institution>, <addr-line>Iligan City</addr-line>, <country>Philippines</country></aff>
<aff id="aff5"><sup>5</sup><institution>Mathematical Biology and Nematology Research Cluster, Complex Systems Group, Premier Research Institute of Science and Mathematics, Mindanao State University-Iligan Institute of Technology</institution>, <addr-line>Iligan City</addr-line>, <country>Philippines</country></aff>
<aff id="aff6"><sup>6</sup><institution>Department of Mathematics and Statistics, Mindanao State University-Iligan Institute of Technology</institution>, <addr-line>Iligan City</addr-line>, <country>Philippines</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Joel M. Addawe, University of the Philippines Baguio, Philippines</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Appanah Rao Appadu, Nelson Mandela University, South Africa; Afifurrahman -, Universitas Islam Negeri Mataram, Indonesia</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Randy L. Caga-anan &#x02709; <email>randy.caga-anan&#x00040;g.msuiit.edu.ph</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>This article was submitted to Mathematics of Computation and Data Science, a section of the journal Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>28</day>
<month>02</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>1029018</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>26</day>
<month>08</month>
<year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>31</day>
<month>01</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2023 Campos, Raza, Arcede, Martinez and Caga-anan.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Campos, Raza, Arcede, Martinez and Caga-anan</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<p>Coronavirus disease 2019 (COVID-19) management and response is a challenging task due to the uncertainty and complexity of the nature surrounding the virus. In particular, the emergence of new variants and the polarizing response from the populace complicate government efforts to control the pandemic. In this study, we developed a compartmental model that includes (1) a vaccinated compartment, (2) reinfection after a particular time, and (3) COVID-19 variants dominant in the Philippines. Furthermore, we incorporated stochastic terms to capture uncertainty brought about by the further evolution of the new variants and changing control measures <italic>via</italic> parametric perturbation. Results show the importance of booster shots that increase the vaccine-induced immunity duration. Without booster shots, simulations showed that the dominant strain would still cause significant infection until 31 December 2023. Moreover, our stochastic model output showed significant variability in this case, implying greater uncertainty with future predictions. All these adverse effects, fortunately, can be effectively countered by increasing the vaccine-induced immunity duration that can be done through booster shots.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>COVID-19 variants</kwd>
<kwd>Philippines</kwd>
<kwd>vaccination</kwd>
<kwd>mathematical model</kwd>
<kwd>stochastic simulation</kwd>
<kwd>multi-strain</kwd>
</kwd-group>
<contract-sponsor id="cn001">Philippine Council for Health Research and Development<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100011096</named-content></contract-sponsor>
<counts>
<fig-count count="5"/>
<table-count count="3"/>
<equation-count count="34"/>
<ref-count count="31"/>
<page-count count="9"/>
<word-count count="5038"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>Since the emergence of coronavirus disease 2019 (COVID-19) in Wuhan, its causative agent, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has been rapidly evolving into new variants [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. This emergence is expected as, like any virus, SARS-CoV-2 continues to mutate from time to time. So far, the World Health Organization (WHO) has identified five variants of concern, namely, Alpha, Beta, Gamma, Delta, and Omicron. These are the variants considered the most transmissible and dominant that are circulating the world [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. While vaccine has been available, the campaign has suffered a series of setbacks and there are many issues leading to vaccine hesitancy [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. In the Philippines, the slow vaccine rollout, limited testing capacity, weak genomics surveillance, a fragile healthcare system, and a large informal economy contributed more to the many issues related to COVID-19. The latter is a social cost as few people can afford not to work but are forced to stay home in overcrowded housing. These factors exacerbated the situation as they gave the virus a perfect environment to mutate, feeding through a continuous supply of susceptibles.</p>
<p>Hence, a question of much importance is how to reduce COVID-19 transmission. In doing so, an approach of balancing the efforts on the vaccination campaign (booster shots amidst reinfection because of mutating variants and waning immunity), and preparedness of the healthcare system coupled with public health and social measures is a must. While the government is trying to strike a balance, the race between vaccination and fast mutating variants remains the biggest challenge.</p>
<p>Many computational modeling studies have investigated COVID-19 dynamics in the Philippines. For instance, in Arcede et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>], an SEIR-type model is constructed whose infected can either be symptomatic or not. The result shows that treating symptomatic alone does not reduce the spread. However, managing the number of susceptible does, which containment and vaccines have a significant impact role to play. Later, the same model was used to investigate the implemented non-pharmaceutical interventions (NPI) in the country [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. Here, NPIs include lockdown, social distancing, mass testing, and strengthening the healthcare system. The study provided a choice for the government to implement the control by indicating economic cost (low, high) given no vaccine availability. In Bock et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], an agent-based SIR model was used to investigate the prevalence of COVID-19 in two neighboring cities in Northern Mindanao, particularly in Iligan and Cagayan de Oro. The result shows that social distancing and age-specific quarantine can effectively slow down contagion. Furthermore, social distancing combined with an effective testing strategy can keep the epidemic at bay and prevent it from becoming a critical epidemic. In Arcede et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>], a regional COVID-19 model has been constructed in the cities mentioned earlier and in the Northern Mindanao region as a whole. The model is tailored to fit early transmission; hence appropriate models are suggested when laboratory-based disease reports are available. In [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], Mammeri et al. extended their SEIR-type model to account the spatial movement of individuals. Given five main islands and five main airports in the Philippines as nodes with index case assumed to start from Manila airport on day 1, their simulation show remarkably close similarity to what happened in the Philippines during its first 140 days. Studies mentioned do not deal with vaccination control. However, recent articles deal with vaccination strategies in the Philippine context. For instance, in [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], optimal control was used to investigate existing policy interventions, including vaccination rollouts, community quarantines, and simulated virus outbreaks. They found that early and effective implementation of precautionary measures such as community quarantines are crucial for containing outbreaks. They also found that even if vaccinations do not suffice, expanding the vaccine supply reduces the need for more resource-intensive interventions. Moreover, in Caga-anan et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], a model with a delay on the vaccination compartment was constructed to study the impact of vaccination efforts on disease progression and herd immunity. The result shows that timely vaccination is preferred to maximize impact. They also assessed the performance of different vaccine brands in the model, showing Pfizer-BioNTech with the best results. Finally, some models were proposed for allocating resources. For instance, optimizing the location of vaccination sites implemented in San Juan Philippines [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] and distribution of COVID-19 testing kits in DOH-accredited testing centers in the country [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>]. All studies mentioned earlier do not account explicitly for COVID-19 variants and randomness.</p>
<p>In this study, we evaluate the impact of vaccination and its waning induced immunity, as well as the uncertainties related to future mitigation policies and the further evolution of the virus, given the three variants that are circulating dominantly in the country.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Model formulation</title>
<sec>
<title>2.1. Deterministic model</title>
<p>In this study, we divided the population into eight compartments, namely, susceptible (<italic>S</italic>), vaccinated (<italic>V</italic>), infected by the original strain (<italic>I</italic><sub>1</sub>), infected by the Delta variant (<italic>I</italic><sub>2</sub>), infected by the Omicron variant (<italic>I</italic><sub>3</sub>), confirmed (<italic>C</italic>), recovered (<italic>R</italic>), and dead (<italic>D</italic>). <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> shows the dynamics of the model. The model considers the following facts. First, vaccines do not provide lasting immunity. Hence, vaccinated people will be back to being susceptible after some time. Second, reported confirmed cases do not show the full extent of the infection. Third, estimates of unreported cases are not being accounted for. Finally, recovered individuals (from natural infection) also do not have lasting immunity against the virus; hence, both vaccinated and recovered individuals may return to the susceptible population after some time. In the model, we assume density-dependent transmission rates.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Model dynamics of COVID-19 with three strains.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1029018-g0001.tif"/>
</fig>
<p>An infected individual by any of the variants can infect people in compartment <italic>S</italic>. We assume that vaccinated people in <italic>V</italic> are immune to any of the variants. The parameter &#x003B2;<sub><italic>i</italic></sub> denotes the transmission rate of the disease caused by the <italic>i</italic>th strain. The parameter &#x003B1; represents the level of control measures implemented to limit the transmission. The parameter &#x003BD; denotes the vaccination rate of susceptible people. The parameters &#x003BB;<sub>1</sub> and &#x003BB;<sub>2</sub> denote the vaccine immunity waning rate and natural immunity waning rate, respectively. The parameter &#x003F5; denotes the proportion of infections detected and confirmed through testing also known as detection rate. We also have the removal rate from <italic>C</italic> given by &#x003B4;. Finally, the recovery rate from unconfirmed infections caused by the <italic>i</italic>th strain is denoted as &#x003B3;<sub><italic>i</italic></sub> and the probability to recover from the infection is denoted as &#x003C1;. The parameters are summarized in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Parameters of the model.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Parameter</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Description</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Unit</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B2;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Transmission rate due to <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">1/day</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B1;</td>
<td valign="top" align="left">Transmission reduction</td>
<td valign="top" align="left">Dimensionless</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BD;</td>
<td valign="top" align="left">Vaccination rate</td>
<td valign="top" align="left">1/day</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BB;<sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="left">Vaccine immunity waning rate</td>
<td valign="top" align="left">1/day</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BB;<sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">Natural immunity waning rate</td>
<td valign="top" align="left">1/day</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003F5;</td>
<td valign="top" align="left">Detection rate</td>
<td valign="top" align="left">1/day</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B3;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Recovery rate from <italic>I</italic><sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">1/day</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B4;</td>
<td valign="top" align="left">Removal rate from <italic>C</italic></td>
<td valign="top" align="left">1/day</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C1;</td>
<td valign="top" align="left">Probability to recover</td>
<td valign="top" align="left">Dimensionless</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>In this study, we adapted a closed population model, i.e., we did not consider natural birth and death rates. We denote by <italic>N</italic><sub>0</sub> the total number of population at the start. The dynamics of our model is governed by the following system of ordinary differential equations (ODE):</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M2"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>V</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M3"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M4"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></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:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M6"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M8"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>2.2. Stochastic model</title>
<p>As will be seen in Section 5, the third strain will become dominant as time goes on. We acknowledge that we need to accommodate future uncertainties in our simulation. Hence, we modify our ODE model to add stochasticity. We apply parametric perturbation to the reduced transmission rate &#x003B1;&#x003B2;<sub>3</sub>. The resulting system with stochastic differential equations (SDE) is as follows:</p>
<disp-formula id="E9"><mml:math id="M9"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E10"><label>(9)</label><mml:math id="M10"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E11"><mml:math id="M11"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>dB</italic>/<italic>dt</italic> is the white noise, i.e., the derivative of the standard Brownian motion <italic>B</italic>(<italic>t</italic>), and &#x003C3; &#x0003E; 0 denotes the intensity of that noise.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Qualitative analysis of the ODE model</title>
<p>Since we have a close system and <italic>N</italic><sub>0</sub> &#x0003D; <italic>S</italic> &#x0002B; <italic>V</italic> &#x0002B; <italic>I</italic><sub>1</sub> &#x0002B; <italic>I</italic><sub>2</sub> &#x0002B; <italic>I</italic><sub>3</sub> &#x0002B; <italic>C</italic> &#x0002B; <italic>R</italic> &#x0002B; <italic>D</italic>, we may just consider the system (1)&#x02013;(7), i.e., without <italic>D</italic>. To find the disease-free equilibrium (DFE) (a steady-state solution of an epidemic model with all infected variables equals to zero), we equate Equations (1)&#x02013;(7) to zero and the infective compartments <italic>I</italic><sub>1</sub>, <italic>I</italic><sub>2</sub>, <italic>I</italic><sub>3</sub>, and <italic>C</italic> equal to 0. We obtain a solution, which is the DFE given by (<italic>S</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>V</italic><sup>&#x0002A;</sup>, 0, 0, 0, 0, 0), where <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>.</p>
<sec>
<title>3.1. Reproduction number</title>
<p>By definition, the basic reproduction number <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes the average number of individuals directly infected by a single infected individual over the duration of its infectious period in a population without any deliberate intervention to stop its spread. We will compute <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> using the next generation matrix method defined by Diekman et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] and van den Driessche and Watmough [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. Let <italic>X</italic> be the vector of the infected classes and <italic>Y</italic> be the vector of the other classes. Let <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be the vector of new infection rates (flows from <italic>Y</italic> to <italic>X</italic>) and let <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be the vector of all other rates (not new infections). Then, we have</p>
<disp-formula id="E12"><mml:math id="M17"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Evaluating the derivatives of <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M19"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">V</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at the DFE, we are led to the following matrices</p>
<disp-formula id="E13"><mml:math id="M20"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Hence, the next generation matrix is given by</p>
<disp-formula id="E14"><mml:math id="M21"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none none none none none none none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The eigenvalues of <italic>K</italic> are the following: <inline-formula><mml:math id="M22"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M23"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, and &#x003B7;<sub>4</sub> &#x0003D; 0. The eigenvalue &#x003B7;<sub>1</sub> is associated with strain 1 and gives rise to the basic reproduction number <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Similarly, eigenvalue &#x003B7;<sub>2</sub> associated with strain 2 corresponds to the basic reproduction number <inline-formula><mml:math id="M26"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, and eigenvalue &#x003B7;<sub>3</sub> associated with strain 3 corresponds to <inline-formula><mml:math id="M27"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Finally, we take <inline-formula><mml:math id="M28"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
</sec>
<sec>
<title>3.2. Stability analysis of the DFE</title>
<p><bold>Theorem 3.1</bold>. <italic>The disease-free equilibrium</italic> <inline-formula><mml:math id="M29"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula><italic>, where</italic> <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> <italic>and</italic> <inline-formula><mml:math id="M31"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <italic>of system (1)-(8) is globally asymptotically stable</italic>.</p>
<p>Proof. Consider that</p>
<disp-formula id="E15"><label>(10)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E16"><label>(11)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This is finite, since <italic>D</italic> is bounded. Hence, &#x003B4;(1 &#x02212; &#x003C1;)<italic>C</italic>(<italic>t</italic>) &#x02192; 0 as <italic>t</italic> &#x02192; &#x0002B;&#x0221E;. Since &#x003B4;(1 &#x02212; &#x003C1;) &#x0003E; 0, we have <italic>C</italic>(<italic>t</italic>) &#x02192; 0 as <italic>t</italic> &#x02192; &#x0002B;&#x0221E;. Using the same argument and noting that</p>
<disp-formula id="E17"><label>(12)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>we also have <italic>I</italic><sub>1</sub>(<italic>t</italic>), <italic>I</italic><sub>2</sub>(<italic>t</italic>), <italic>I</italic><sub>3</sub>(<italic>t</italic>) &#x02192; 0 as <italic>t</italic> &#x02192; &#x0002B;&#x0221E;. Similar deduction can be used to show that <italic>R</italic>(<italic>t</italic>) &#x02192; 0 as <italic>t</italic> &#x02192; &#x0002B;&#x0221E;, using Equation (7). &#x025A1;</p>
<p>We may define the effective reproduction number associated with strain <italic>i</italic> by</p>
<disp-formula id="E18"><label>(13)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Compared to the basic reproduction number <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the effective reproduction number <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the average number of new infections associated with strain <italic>i</italic>, at time <italic>t</italic>, caused by a single infected individual, considering that in the population at this time, there are already some individuals who are no longer susceptible.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4. Existence of solution for the SDE Model</title>
<p>Let <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x02119;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be a complete probability space with filtration <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> satisfying the usual conditions (i.e., it is increasing and right continuous while <inline-formula><mml:math id="M40"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> contains all &#x02119;-null sets). Let <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Let <italic>B</italic>(<italic>t</italic>) be a Brownian motion defined on the complete probability space &#x003A9;. Then, we have the following theorem showing that the stochastic system (9) has a unique non-negative global solution.</p>
<p><bold>Theorem 4.1</bold>. <italic>For any given initial value</italic> <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula><italic>, there is a unique solution</italic> <italic>x</italic>(<italic>t</italic>) <italic>of system (9) on</italic> <italic>t</italic> &#x02265; 0, <italic>and the solution will remain in</italic> <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> <italic>with probability 1, namely</italic>, <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> <italic>for all</italic> <italic>t</italic> &#x02265; 0 <italic>almost surely</italic>.</p>
<p><bold>Proof</bold>. Since the coefficients of system (9) satisfy the local Lipschitz condition, it implies that for any given initial value <inline-formula><mml:math id="M45"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, there is a unique local solution <italic>x</italic>(<italic>t</italic>) for every <italic>t</italic> &#x02208; [0, &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub>), where &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> is the explosion time. To prove that the solution is global, we need to show that &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; &#x0221E;. To do so, we let <italic>s</italic><sub>0</sub> &#x02265; 1 be sufficiently large so that all components of <italic>x</italic><sub>0</sub> are contained in the interval [1/<italic>s</italic><sub>0</sub>, <italic>s</italic><sub>0</sub>]. For each integer <italic>s</italic> &#x02265; <italic>s</italic><sub>0</sub>, we define the stopping time by</p>
<disp-formula id="E19"><mml:math id="M46"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">inf</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">at&#x000A0;least&#x000A0;one&#x000A0;of&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">or</mml:mtext><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Clearly, &#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub> is increasing as <italic>s</italic> &#x02192; &#x0221E;. Let <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, then &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> &#x02265; &#x003C4;<sub>&#x0221E;</sub> almost surely. If we can show that &#x003C4;<sub>&#x0221E;</sub> &#x0003D; &#x0221E; a.s., then &#x003C4;<sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; &#x0221E; and <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> a.s. for all <italic>t</italic> &#x02265; 0.</p>
<p>Suppose &#x003C4;<sub>&#x0221E;</sub> &#x0003C; &#x0221E;, then there exists <italic>T</italic> &#x0003E; 0 such that &#x02119;{&#x003C4;<sub>&#x0221E;</sub> &#x02264; <italic>T</italic>} &#x0003E; &#x003F5; for all &#x003F5; &#x02208; (0, 1). Hence, there is an integer <italic>s</italic><sub>1</sub> &#x02265; <italic>s</italic><sub>0</sub> such that</p>
<disp-formula id="E20"><label>(14)</label><mml:math id="M49"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">for&#x000A0;every&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Let a <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">C</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo></mml:math></inline-formula> function <inline-formula><mml:math id="M51"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> be defined by</p>
<disp-formula id="E21"><label>(15)</label><mml:math id="M52"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Using It&#x000F4; formula on Equation (15), we have</p>
<disp-formula id="E23"><mml:math id="M54"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E24"><mml:math id="M55"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Note that <italic>K</italic> is a positive constant independent of the variables <italic>S</italic>, <italic>V</italic>, <italic>I</italic><sub>1</sub>,<italic>I</italic><sub>2</sub>, <italic>I</italic><sub>3</sub>, <italic>C</italic>, <italic>R</italic>, and <italic>D</italic>, and time <italic>t</italic>.</p>
<p>Thus,</p>
<disp-formula id="E25"><label>(16)</label><mml:math id="M56"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore, if <italic>t</italic><sub>1</sub> &#x02264; <italic>T</italic>,</p>
<disp-formula id="E26"><label>(17)</label><mml:math id="M57"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub> &#x02227; <italic>t</italic><sub>1</sub> &#x0003D; min{&#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub>, <italic>t</italic><sub>1</sub>}. Taking expectations to both sides of (17), we obtain</p>
<disp-formula id="E27"><label>(18)</label><mml:math id="M58"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x1D53C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>&#x1D53C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x1D53C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By properties of It&#x000F4; integral, we have</p>
<disp-formula id="E28"><label>(19)</label><mml:math id="M59"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x1D53C;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E29"><mml:math id="M60"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x1D53C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>U</italic><sub>0</sub> &#x0003D; <italic>U</italic>(<italic>x</italic><sub>0</sub>). By Gronwall&#x00027;s inequality,</p>
<disp-formula id="E30"><label>(20)</label><mml:math id="M61"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x1D53C;</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Let &#x003A9;<sub><italic>s</italic></sub> &#x0003D; {&#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub> &#x02264; <italic>T</italic>} for any <italic>s</italic> &#x02265; <italic>s</italic><sub>1</sub>. Then, by (14), we have &#x02119;(&#x003A9;<sub><italic>s</italic></sub>) &#x02265; &#x003F5;. Note that for every &#x003C9; &#x02208; &#x003A9;<sub><italic>s</italic></sub>, there is at least one of <italic>S</italic>(&#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub>, &#x003C9;), <italic>V</italic>(&#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub>, &#x003C9;), <italic>I</italic><sub>1</sub>(&#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub>, &#x003C9;), <italic>I</italic><sub>2</sub>(&#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub>, &#x003C9;), <italic>I</italic><sub>3</sub>(&#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub>, &#x003C9;), <italic>C</italic>(&#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub>, &#x003C9;), <italic>R</italic>(&#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub>, &#x003C9;), and <italic>D</italic>(&#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub>, &#x003C9;) that is equal to either <italic>s</italic> or 1/<italic>s</italic>. Consequently, <italic>U</italic>(<italic>x</italic>(&#x003C4;<sub><italic>s</italic></sub>, &#x003C9;)) is no less than either</p>
<disp-formula id="E31"><mml:math id="M62"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">or&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>Thus,</p>
<disp-formula id="E32"><mml:math id="M63"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>It then follows from Equation (14) and Equation (21) that</p>
<disp-formula id="E33"><mml:math id="M64"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mo>&#x1D53C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>1</mml:mn></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02227;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">ln</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <bold>1</bold><sub>&#x003A9;<sub><italic>s</italic></sub></sub> is an indicator function of &#x003A9;<sub><italic>s</italic></sub>. Letting <italic>s</italic> &#x02192; &#x0221E;, then we have</p>
<disp-formula id="E34"><mml:math id="M65"><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>which yields the contradiction. Therefore, we must have &#x003C4;<sub>&#x0221E;</sub> &#x0003D; &#x0221E;, almost surely.&#x025A1;</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5. Numerical simulations</title>
<p>Data on confirmed cases used in parameter calibration are from the COVID-19 Data Repository by the Center for Systems Science and Engineering (CSSE) at Johns Hopkins University (JHU) [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. The data are publicly available and so ethical approval is not required. The data are from 1 January 2021 (Day 0) to 28 June 2022 (Day 543). Values of some parameters and initial conditions are taken or estimated from sources as indicated in <xref ref-type="table" rid="T2">Tables 2</xref>, <xref ref-type="table" rid="T3">3</xref>. We note that the parameter &#x003B1; varies over time as controls implemented by the government also vary. Hence, we considered &#x003B1; as a piecewise constant function, as shown in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>, where the dates correspond to the noticeable changes in the control measures implemented by the government.</p>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>Values of the parameters used in the simulations.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Parameter</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Value</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Source</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B2;<sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="left">0.15094</td>
<td valign="top" align="left">Fitted</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B2;<sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">0.30187 (Day 130 onward)</td>
<td valign="top" align="left">Estimated [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B2;<sub>3</sub></td>
<td valign="top" align="left">0.90561 (Day 334 onward)</td>
<td valign="top" align="left">Estimated [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="5">&#x003B1;</td>
<td valign="top" align="left">0.99964 (Day 0&#x02013;Day 86)</td>
<td valign="middle" align="left" rowspan="5">Fitted</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.83186 (Day 87&#x02013;Day 165)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.61940453 (Day 166&#x02013;Day 366)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.22039 (Day 367&#x02013;Day 454)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.26799 (Day 455 onward)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BD;</td>
<td valign="top" align="left">270000/<italic>N</italic><sub>0</sub> (Day 87 onward)</td>
<td valign="top" align="left">Estimated [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BB;<sub>1</sub></td>
<td valign="top" align="left">1/180, 1/365, 1/540 (Day 87 onward)</td>
<td valign="top" align="left">Simulated</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003BB;<sub>2</sub></td>
<td valign="top" align="left">1/365</td>
<td valign="top" align="left">Estimated [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003F5;</td>
<td valign="top" align="left">0.03677</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B3;<sub><italic>i</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">1/12</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003B4;</td>
<td valign="top" align="left">1/7</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C1;</td>
<td valign="top" align="left">0.98</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap position="float" id="T3">
<label>Table 3</label>
<caption><p>Initial conditions used in the simulations.</p></caption>
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><bold>Initial condition</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Value</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Source</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>S</italic>(0)</td>
<td valign="top" align="center">107,222,344</td>
<td valign="top" align="left">Estimated [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>I</italic><sub>1</sub>(0)</td>
<td valign="top" align="center">17,494</td>
<td valign="top" align="left">Fitted</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>I</italic><sub>2</sub>(0)</td>
<td valign="top" align="center">4,523</td>
<td valign="top" align="left">Fitted</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>I</italic><sub>3</sub>(0)</td>
<td valign="top" align="center">3,825</td>
<td valign="top" align="left">Fitted</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>C</italic>(0)</td>
<td valign="top" align="center">26,677</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>R</italic>(0)</td>
<td valign="top" align="center">1,759,580</td>
<td valign="top" align="left">Estimated [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>D</italic>(0)</td>
<td valign="top" align="center">9,248</td>
<td valign="top" align="left">[<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]</td>
</tr></tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<p>At Day 0, <italic>V</italic>(0) &#x0003D; 0 and <italic>N</italic><sub>0</sub> &#x0003D; 109035343, based on the Philippine Statistics Authority&#x00027;s 2020 estimated population of the country [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>].</p>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p>To obtain the fitted values for the parameters &#x003B2;<sub>1</sub> and &#x003B1;, and the initial conditions <italic>I</italic><sub>1</sub>(0), <italic>I</italic><sub>2</sub>(0), and <italic>I</italic><sub>3</sub>(0), we minimized a non-linear least square function given by the sum of the square of the difference of the data and the model output. The optimization problem is solved using the approximate Bayesian computation approach combined with the Levenberg&#x02013;Marquardt algorithm [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. Visualization of the optimization result is given in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. In <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>, we plotted the evolution of the three variants based on the optimization result.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Output of the model with calibrated parameters compared with data. The gray curves represent the other outputs of the approximate Bayesian computation approach, while the red curve represents the best fit model output (i.e., using the parameters in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>). The green dots are the data from the COVID-19 data repository of JHU CSSE.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1029018-g0002.tif"/>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Plot of the three dominant COVID-19 variants in the Philippines as given by the model. The gray curves are the other outputs of the approximate Bayesian computation approach. The red, blue, and orange curves represent the best fit model output associated with the original strain (<italic>I</italic><sub>1</sub>), Delta (<italic>I</italic><sub>2</sub>), and Omicron (<italic>I</italic><sub>3</sub>) variants, respectively.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1029018-g0003.tif"/>
</fig>
<sec>
<title>5.1. Deterministic simulations on waning vaccine-induced immunity</title>
<p>The Philippines started its vaccination campaign last 1 March 2021, with the two-dose Sinovac vaccine [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. We estimated that it would need 4 weeks or 28 days to be fully protected from the vaccine [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], so we started the parameters &#x003BD; and &#x003BB;<sub>1</sub> by Day 87 (29 March 2021). It is estimated that the vaccine-induced immunity wanes after 6 months and that booster shots are recommended after that time interval [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. Some people are unwilling to take booster shots due to vaccine hesitancy. Accounting for this social behavior in the model, we consider three different vaccine-induced immunity duration through the parameter &#x003BB;<sub>1</sub> by setting it to 1/180 (6 months). This accounts for the case when the population only takes full vaccination but no booster shots. On the contrary, we set &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/365 (12 months) when the people finished taking the first booster shot, while &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/540 (18 months) when they completed the second booster shot. We simulate up to 31 December 2023 (Day 1094). The result is shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Projection on the effects of different levels of vaccine-induced immunity duration. The green vertical line is at Day 543, the end of the data used. One may interpret the case when &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/180 to be the case when individuals only opt to be fully vaccinated. The cases &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/365 and &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/540 may correspond to the cases when individuals are also getting first and second booster shots, respectively.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1029018-g0004.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>5.2. Stochastic simulations on the dominant transmission rate</title>
<p>As shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>, our simulation suggested that the original and Delta variants are to die out even with the minimum vaccine-induced immunity duration of 6 months. But it is not the case with regard to the Omicron variant. However, we acknowledge that much uncertainty can affect the reduced transmission rate &#x003B1;&#x003B2;<sub>3</sub>&#x02014;for instance, the changing control measures of the government and the further evolution of the variant. Hence, we also want simulations incorporating noise on &#x003B1;&#x003B2;<sub>3</sub>. In <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, we show the result of our stochastic simulations. The curves are for the confirmed compartment. The figure can be viewed as a 3 &#x000D7; 2 matrix where the rows correspond to the cases corresponding to the different vaccine-induced immunity duration, given by the value of &#x003BB;<sub>1</sub>. The columns show the results concerning different noise intensities, given by the value of &#x003C3;. The stochastic simulations start after Day 543 and run up to 31 December 2023 (Day 1094). The numerical simulations are implemented using the Euler&#x02013;Maruyama scheme [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>].</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Stochastic simulations with respect to the vaccine-induced immunity duration &#x003BB;<sub>1</sub> and noise intensity &#x003C3;. The curves are for the confirmed compartment. The black curve is the deterministic model output, while the colored curves are the realizations of the 100 runs of the stochastic model. The cases are as follows: <bold>(A)</bold> &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/180, &#x003C3; &#x0003D; 0.1; <bold>(B)</bold> &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/180, &#x003C3; &#x0003D; 0.5; <bold>(C)</bold> &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/365, &#x003C3; &#x0003D; 0.1; <bold>(D)</bold> &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/365, &#x003C3; &#x0003D; 0.5; <bold>(E)</bold> &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/540, &#x003C3; &#x0003D; 0.1; <bold>(F)</bold> &#x003BB;<sub>1</sub> &#x0003D; 1/540, &#x003C3; &#x0003D; 0.5.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1029018-g0005.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="discussion" id="s6">
<title>6. Discussion</title>
<p>With our deterministic model, we have obtained parameters fitting observed data on confirmed cases in the Philippines. Our model has the added value that it could estimate the progression of the three main variants circulating the Philippines. Our simulations showed that the Omicron variant would be the dominant variant as we advance and the other variants die out (<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>). Moreover, it showed the significantly faster transmission of the Omicron variant compared with the other two, as reported [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] and validated by some studies [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]. Our population is a closed model, and Theorem 3.1 showed that the Omicron variant would eventually die out. However, the time of its realization depends on the vaccine-induced immunity duration. With a duration of approximately 6 months, the simulation shows a noticeable presence of the Omicron variant by 31 December 2023. However, this presence is reduced significantly with vaccine-induced immunity durations of 12&#x02013;18 months. We note that these vaccine-induced immunity durations can be achieved with booster shots in the population. Looking at the effective reproduction number given in (13), by Day 543 and vaccine-induced immunity duration of 6 months, we have <inline-formula><mml:math id="M66"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1731</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>3463</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M68"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>0390</mml:mn></mml:math></inline-formula>. By Day 5000, we only have <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>9998</mml:mn></mml:math></inline-formula>. However, with a vaccine-induced immunity duration of 12 months and at Day 543, we already have <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5124</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>We acknowledge that a lot of changes can happen in the future. For instance, the ongoing evolution of the virus and the ever-changing control measures being implemented by the government. Hence, incorporating these uncertainties in our simulations can prove beneficial. Our stochastic simulations (<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>) reveal that uncertainties, represented as noise in our model, can significantly affect future outcomes when vaccine-induced immunity duration is only 6 months, as seen in the spread of the stochastic model output. An increase in vaccine-induced immunity duration means a decrease in the variability of our model output and hence better projection. The government can then use better projection to design more robust and refined intervention strategies to control the virus effectively.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability" id="s7">
<title>Data availability statement</title>
<p>Publicly available datasets were analyzed in this study. This data can be found here: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/CSSEGISandData/COVID-19">https://github.com/CSSEGISandData/COVID-19</ext-link>.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s8">
<title>Author contributions</title>
<p>RC-a and JA conceptualized the paper and drafted the manuscript. HC, MR, and RC-a did the mathematical analysis. JM did the biological part. RC-a performed the simulations. All authors contributed to manuscript revision, read, and approved the submitted version.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="funding-information" id="s9">
<title>Funding</title>
<p>This project was funded by the Philippines&#x00027; Department of Science and Technology &#x02013; Philippine Council for Health Research and Development, MSU &#x02013; Iligan Institute of Technology&#x00027;s Office of the Vice-Chancellor for Research and Extension through the Premier Research Institute of Science and Mathematics, and the Caraga State University Mathematical, Statistical &#x00026; Computing Research Center.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x00027;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhu</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Yang</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Song</surname> <given-names>J</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019</article-title>. <source>N Engl J Med</source>. (<year>2020</year>) <volume>382</volume>:<fpage>727</fpage>&#x02013;<lpage>33</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1056/NEJMoa2001017</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">31978945</pub-id></citation></ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><collab>World Health Organization</collab></person-group>. <source>Tracking SARS-CoV-2 Variants</source> (<year>2022</year>). Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.who.int/activities/tracking-SARS-CoV-2-variants">https://www.who.int/activities/tracking-SARS-CoV-2-variants</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><collab>The World Bank</collab></person-group>. <source>Reducing Vaccine Hesitancy in the Philippines: Findings from a Survey Experiment</source> (<year>2021</year>). Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://thedocs.worldbank.org/en/doc/9b206c064482a4fbb880ee23d6081d52-0070062021/original/Vaccine-Hesitancy-World-Bank-Policy-Note-September-2021.pdf">https://thedocs.worldbank.org/en/doc/9b206c064482a4fbb880ee23d6081d52-0070062021/original/Vaccine-Hesitancy-World-Bank-Policy-Note-September-2021.pdf</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><collab>World Health Organization</collab></person-group>. <source>Donors Making a Difference: Knocking Down Obstacles to COVID-19 Vaccination</source> (<year>2022</year>). Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.who.int/news-room/feature-stories/detail/donors-making-a-difference-knocking-down-obstacles-to-covid-19-vaccination">https://www.who.int/news-room/feature-stories/detail/donors-making-a-difference-knocking-down-obstacles-to-covid-19-vaccination</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Arcede</surname> <given-names>JP</given-names></name> <name><surname>Caga-anan</surname> <given-names>RL</given-names></name> <name><surname>Mentuda</surname> <given-names>CQ</given-names></name> <name><surname>Mammeri</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Accounting for symptomatic and asymptomatic in a SEIR-type model of COVID-19</article-title>. <source>Math Modell Nat Phenomena</source>. (<year>2020</year>) <volume>15</volume>:<fpage>34</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1051/mmnp/2020021</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Macalisang</surname> <given-names>JM</given-names></name> <name><surname>Caay</surname> <given-names>ML</given-names></name> <name><surname>Arcede</surname> <given-names>JP</given-names></name> <name><surname>Caga-anan</surname> <given-names>RL</given-names></name></person-group>. <article-title>Optimal control for a COVID-19 model accounting for symptomatic and asymptomatic</article-title>. <source>Comput Math Biophys</source>. (<year>2020</year>) <volume>8</volume>:<fpage>168</fpage>&#x02013;<lpage>79</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1515/cmb-2020-0109</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">35582345</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bock</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Bornales</surname> <given-names>JB</given-names></name> <name><surname>Burgard</surname> <given-names>JP</given-names></name> <name><surname>Babiera</surname> <given-names>JE</given-names></name> <name><surname>Caga-anan</surname> <given-names>RL</given-names></name> <name><surname>Carmen</surname> <given-names>DJS</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Testing, social distancing and age specific quarantine for COVID-19: case studies in Iligan City and Cagayan de Oro City, Philippines</article-title>. In: <source>AIP Conference Proceedings</source>. <publisher-name>AIP Publishing LLC</publisher-name> (<year>2020</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/5.0029818</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Arcede</surname> <given-names>JP</given-names></name> <name><surname>Caga-anan</surname> <given-names>RL</given-names></name> <name><surname>Mammeri</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Namoco</surname> <given-names>RA</given-names></name> <name><surname>Gonzales</surname> <given-names>ICA</given-names></name> <name><surname>Lachica</surname> <given-names>ZP</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>A modeling strategy for novel pandemics using monitoring data: the case of early COVID-19 pandemic in Northern Mindanao, Philippines</article-title>. <source>SciEnggJ</source>. (<year>2022</year>) <volume>15</volume>, <fpage>35</fpage>&#x02013;<lpage>46</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Arcede</surname> <given-names>JP</given-names></name> <name><surname>Basa&#x000F1;ez</surname> <given-names>RC</given-names></name> <name><surname>Mammeri</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Hybrid modeling of COVID-19 spatial propagation over an Island Country</article-title>. In: <source>Advances in Computational Modeling and Simulation</source>. <publisher-loc>Singapore</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2022</year>). p. <fpage>75</fpage>&#x02013;<lpage>83</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Estadilla</surname> <given-names>CDS</given-names></name> <name><surname>Uyheng</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>de Lara-Tuprio</surname> <given-names>EP</given-names></name> <name><surname>Teng</surname> <given-names>TR</given-names></name> <name><surname>Macalalag</surname> <given-names>JMR</given-names></name> <name><surname>Estuar</surname> <given-names>MRJE</given-names></name></person-group>. <article-title>Impact of vaccine supplies and delays on optimal control of the COVID-19 pandemic: mapping interventions for the Philippines</article-title>. <source>Infect Dis Poverty</source>. (<year>2021</year>) <volume>10</volume>:<fpage>46</fpage>&#x02013;<lpage>59</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s40249-021-00886-5</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">34372929</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Caga-anan</surname> <given-names>RL</given-names></name> <name><surname>Raza</surname> <given-names>MN</given-names></name> <name><surname>Labrador</surname> <given-names>GSG</given-names></name> <name><surname>Metillo</surname> <given-names>EB</given-names></name> <name><surname>del Castillo</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Mammeri</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Effect of vaccination to COVID-19 disease progression and herd immunity</article-title>. <source>Comput Math Biophys</source>. (<year>2021</year>) <volume>9</volume>:<fpage>262</fpage>&#x02013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1515/cmb-2020-0127</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cabanilla</surname> <given-names>KI</given-names></name> <name><surname>Enriquez</surname> <given-names>EAT</given-names></name> <name><surname>Velasco</surname> <given-names>AC</given-names></name> <name><surname>Mendoza</surname> <given-names>VMP</given-names></name> <name><surname>Mendoza</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Optimal selection of COVID-19 vaccination sites in the Philippines at the municipal level</article-title>. <source>PeerJ</source>. (<year>2022</year>) <volume>10</volume>:<fpage>e14151</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.7717/peerj.14151</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">36199283</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Buhat</surname> <given-names>CAH</given-names></name> <name><surname>Duero</surname> <given-names>JCC</given-names></name> <name><surname>Felix</surname> <given-names>EFO</given-names></name> <name><surname>Rabajante</surname> <given-names>JF</given-names></name> <name><surname>Mamplata</surname> <given-names>JB</given-names></name></person-group>. <article-title>Optimal allocation of COVID-19 test kits among accredited testing centers in the Philippines</article-title>. <source>J Healthcare Inform Res</source>. (<year>2021</year>) <volume>5</volume>:<fpage>54</fpage>&#x02013;<lpage>69</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s41666-020-00081-5</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33195967</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Diekmann</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Heesterbeek</surname> <given-names>JAP</given-names></name> <name><surname>Metz</surname> <given-names>JA</given-names></name></person-group>. <article-title>On the definition and the computation of the basic reproduction ratio R 0 in models for infectious diseases in heterogeneous populations</article-title>. <source>J Math Biol.</source> (<year>1990</year>) <volume>28</volume>:<fpage>365</fpage>&#x02013;<lpage>82</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF00178324</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">2117040</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Van den Driessche</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Watmough</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Reproduction numbers and sub-threshold endemic equilibria for compartmental models of disease transmission</article-title>. <source>Math Biosci</source>. (<year>2002</year>) <volume>180</volume>:<fpage>29</fpage>&#x02013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0025-5564(02)00108-6</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12387915</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dong</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Du</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Gardner</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>An interactive web-based dashboard to track COVID-19 in real time</article-title>. <source>Lancet Inf Dis</source>. (<year>2020</year>) <volume>20</volume>:<fpage>533</fpage>&#x02013;<lpage>4</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S1473-3099(20)30120-1</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32087114</pub-id></citation></ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><collab>American Society for Microbiology</collab></person-group>. <source>How Dangerous Is the Delta Variant (B.1.617.2)?</source> (<year>2021</year>). Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://asm.org/Articles/2021/July/How-Dangerous-is-the-Delta-Variant-B-1-617-2">https://asm.org/Articles/2021/July/How-Dangerous-is-the-Delta-Variant-B-1-617-2</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><collab>Virginia Department of Health</collab></person-group>. <source>Variants of the Virus that Causes COVID-19</source>. Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.vdh.virginia.gov/coronavirus/get-the-facts/variants-of-covid">https://www.vdh.virginia.gov/coronavirus/get-the-facts/variants-of-covid</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><collab>DOH</collab></person-group>. <source>National COVID-19 Vaccination Dashboard</source> (<year>2022</year>). Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doh.gov.ph/covid19-vaccination-dashboard">https://doh.gov.ph/covid19-vaccination-dashboard</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shrestha</surname> <given-names>NK</given-names></name> <name><surname>Burke</surname> <given-names>PC</given-names></name> <name><surname>Nowacki</surname> <given-names>AS</given-names></name> <name><surname>Terpeluk</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Gordon</surname> <given-names>SM</given-names></name></person-group>. <article-title>Necessity of coronavirus disease 2019 (covid-19) vaccination in persons who have already had COVID-19</article-title>. <source>Clin Infect Dis</source>. (<year>2022</year>) <volume>75</volume>:<fpage>e662</fpage>&#x02013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/cid/ciac022</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">35028662</pub-id></citation></ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><collab>DOH</collab></person-group>. <source>COVID-19 Bulletin &#x00023; 293</source> (<year>2022</year>). Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doh.gov.ph/covid19casebulletin293">https://doh.gov.ph/covid19casebulletin293</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><collab>Philippine Statistics Authority</collab></person-group>. Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://psa.gov.ph/content/2020-census-population-and-housing-2020-cph-population-counts-declared-official-president">https://psa.gov.ph/content/2020-census-population-and-housing-2020-cph-population-counts-declared-official-president</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Csill&#x000E9;ry</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Blum</surname> <given-names>MG</given-names></name> <name><surname>Gaggiotti</surname> <given-names>OE</given-names></name> <name><surname>Francois</surname> <given-names>O</given-names></name></person-group>. <article-title>Approximate Bayesian computation (ABC) in practice</article-title>. <source>Trends Ecol Evol</source>. (<year>2010</year>) <volume>25</volume>:<fpage>410</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tree.2010.04.001</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20488578</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Levenberg</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>A method for the solution of certain non-linear problems in least squares</article-title>. <source>Q Appl Math</source>. (<year>1944</year>) <volume>2</volume>:<fpage>164</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/qam/10666</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Marquardt</surname> <given-names>DW</given-names></name></person-group>. <article-title>An algorithm for least-squares estimation of nonlinear parameters</article-title>. <source>J Soc Indus Appl Math</source>. (<year>1963</year>) <volume>11</volume>:<fpage>431</fpage>&#x02013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/0111030</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Parrocha</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <source>PH Kick-Starts COVID-19 Vaccination Drive with CoronaVac</source>. <publisher-name>Philippine News Agency</publisher-name> (<year>2021</year>). Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.pna.gov.ph/articles/1132127">https://www.pna.gov.ph/articles/1132127</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><collab>World Health Organization</collab></person-group>. <source>Interim Statement on the Use of Additional Booster Doses of Emergency Use Listed mRNA Vaccines Against COVID-19</source> (<year>2022</year>). Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.who.int/news/item/17-05-2022-interim-statement-on-the-use-of-additional-booster-doses-of-emergency-use-listed-mrna-vaccines-against-covid-19">https://www.who.int/news/item/17-05-2022-interim-statement-on-the-use-of-additional-booster-doses-of-emergency-use-listed-mrna-vaccines-against-covid-19</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kloeden</surname> <given-names>PE</given-names></name> <name><surname>Platen</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Stochastic differential equations</article-title>. In: <source>Numerical Solution of Stochastic Differential Equations</source>. <publisher-loc>Berlin; Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>1992</year>). p. <fpage>103</fpage>&#x02013;<lpage>60</lpage> <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-662-12616-5_4</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><collab>World Health Organization</collab></person-group>. <source>One Year Since the Emergence of COVID-19 Virus Variant Omicron</source> (<year>2022</year>). Retrieved from: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.who.int/news-room/feature-stories/detail/one-year-since-the-emergence-of-omicron">https://www.who.int/news-room/feature-stories/detail/one-year-since-the-emergence-of-omicron</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ren</surname> <given-names>SY</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>WB</given-names></name> <name><surname>Gao</surname> <given-names>RD</given-names></name> <name><surname>Zhou</surname> <given-names>AM</given-names></name></person-group>. <article-title>Omicron variant (B</article-title>. 1.1. 529) of SARS-CoV-2: mutation, infectivity, transmission, and vaccine resistance. <source>World J Clin Cases</source>. (<year>2022</year>) <volume>10</volume>:<fpage>1</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.12998/wjcc.v10.i1.1</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">35071500</pub-id></citation></ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Vitiello</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Ferrara</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Auti</surname> <given-names>AM</given-names></name> <name><surname>Di Domenico</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Boccellino</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Advances in the omicron variant development</article-title>. <source>J Intern Med</source>. (<year>2022</year>) <volume>292</volume>:<fpage>81</fpage>&#x02013;<lpage>90</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/joim.13478</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">35289434</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>